Альтернативная энергетика. Возможности развития в 21 веке
Федеральное агентство морского и речного транспорта
Красноярский институт водного транспорта (филиал)
ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная
академия водного транспорта»
Контрольная работа
По дисциплине: Экология
Тема: «Альтернативная энергетика.
Возможности развития в 21 веке.»
Красноярск
2011г.
Содержание
Введение…………………………………………
1 Понятие и основные виды Альтернативной энергии………………...6
1.1 Геотермальная энергия (тепло земли)...……………………….……..6
1.2
Энергия солнца…………………………………………
1.3
Энергия ветра……………………………………………
1.4
Энергия воды……….……………………………………
2 Особенности использования альтернативной энергетики…………...18
3 Состояние и перспективы развития альтернативной энергетики в
России………………………………………………
Заключение……………………………………
Список
используемых источников……………………………………...32
Не зря говорят: «Энергетика - хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие - «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря - о богатстве любого государства.
В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.
За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.
К энергии собственных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня - гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя.
Потом люди придумали мельницы - технику для преобразования энергии ветряных потоков и ветра в механическую энергии вращающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжение достаточно мощные технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и - уже в середине ХХ столетия - атомные реакторы.
Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.
Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для другого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выбросы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят большой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В худшем случае такой пожар может сопровождаться взрывом с образованием облака угольной пыли или сажи.
Гидроэнергетические
ресурсы в развитых странах используются
практически полностью: большинство
речных участков, пригодных для
безвозвратно
потеряны для сельского хозяйства,
лесов, лугов и расселения людей.
Что касается аварий на ГЭС, то в
случае прорыва любой
Выход
из создавшегося положения виделся
в развитии атомной энергетики. На
конец 1989 года в мире построено и работало
более 400 атомных электростанций (АЭС).
Однако сегодня АЭС уже не считаются источником
дешевой и экологически чистой энергией.
Топливом для АЭС служит урановая руда
– дорогостоящее и трудно добываемое
сырье, запасы которого ограничены. К тому
же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены
с большими трудностями и затратами. Лишь
немногие страны сейчас продолжают строительство
новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего
развития атомной энергетики являются
проблемы загрязнения окружающей среды.
Все это дополнительно осложняет отношение
к атомной энергетике. Все чаще звучат
призывы, требующие отказаться от использования
ядерного топлива вообще, закрыть все
атомные электростанции и возвратится
к производству электроэнергии на ТЭС
и ГЭС, а также использовать так называемые
возобновимые – малые, или «нетрадиционные»,
- виды получения энергии. К последним
относят прежде всего установки и устройства,
использующие энергию ветра, воды, солнца,
геотермальную энергию, а также тепло,
содержащееся в воде, воздухе и земле.
1. Понятие и основные
виды Альтернативной
энергии
1.1 Геотермальная энергия (тепло земли)
Геотермальная
энергия - в дословном переводе значит:
земли тепловая энергия. Объём Земли составляет
примерно 1085 млрд.куб.км и весь он, за исключением
тонкого слоя земной коры , имеет очень
высокую температуру.
Если учесть ещё и теплоёмкость пород
Земли, то станет ясно , что геотермальная
теплота представляет собой несомненно
самый крупный источник энергии, которым
в настоящее время располагает человек.
Причём это энергия в чистом виде, так
как она уже существует как теплота, и
поэтому для её получения не требуется
сжигать топливо или создавать реакторы.
В
некоторых районах природа
Однако
в целом, особенно с учётом величины
глубинного тепла Земли, использование
геотермальной энергии в мире крайне
ограничено.
Для производства электроэнергии с помощью
геотермального пара от этого пара отделяют
твёрдые частицы, пропуская его через
сепаратор, и затем направляют его в турбину.
"Стоимость топлива" такой электростанции
определяется капитальными затратами
на продуктивные скважины и систему сбора
пара и является относительно невысокой.
Стоимость самой электростанции при этом
также невелика, так как последняя не имеет
топки, котельной установки и дымовой
трубы. В таком удобном естественном виде
геотермальная энергия является экономически
выгодным источником электрической энергии.
К сожалению, на Земле редко встречаются
поверхностные выходы природного пара
или перегретых ( то есть, с температурой
гораздо выше 100oС ) вод, вскипающих
с образованием достаточного кол-ва пара.
Валовой
мировой потенциал
Геотермальная энергия по времени использования — наиболее старый источник альтернативной энергии. В 1994 г. в мире работало 330 блоков таких станций и здесь доминировали США (168 блоков на «месторождениях» Гейзере в долине гейзеров, Империал Вэлли и др.). Второе место занимала. Италия, но в последние годы ее обогнали КНР и Мексика. Самая большая доля используемой геотермальной энергии приходится на страны Латинской Америки, но и она составляет немного более 1%.
В России перспективными в этом смысле районами являются Камчатка и Курильские острова. С 60-х годов на Камчатке успешно работает полностью автоматизированная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, на Курилах — станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнергию, а на Камчатке и Курилах она очень высока в силу дальности перевозок топлива и отсутствия железных дорог.
Приливные
станции — самые дорогие
Во Франции работает крупная ПЭС на р. Ране мощностью 240 МВт, 25-летний опыт ее эксплуатации показал абсолютную экологическую чистоту таких сооружений: залив Се-Мало превратился в спокойное озеро, стал местом отдыха и туризма, плотина ПЭС имеет рыбоход и не влияет на миграцию рыб. В России с 1968 г. действует Кислогубская ПЭС, установленная мощность ее ничтожна — 0,7 МВт. Потенциальных районов для строительства крупных ПЭС в стране несколько: Мезенская губа, Тугурский залив Охотского моря. Первая могла бы иметь мощность 15000 МВт, вторая — 10300. Однако капитальные затраты на сооружение гигантских плотин большой протяженности и трудности сооружения ПЭС в котловане с перемычками настолько велики, что в сегодняшних условиях эти проекты абсолютно нереальны.
Около 4% всех запасом воды на нашей планете сосредоточено под землей – в толщах горных пород. Воды, температура которых превышает 20º С, называют термальными (от греч. «терме» - «тепло», «жар»). Нагреваются подземные озера и реки в результате радиоактивных процессов и химических реакций, протекающих в недрах Земли. В районах вулканической деятельности на глубине 500-1000 м встречаются бассейны с температурой 150-250 ºС; вода в них находится под большим давлением и, поэтому не кипит. В горных областях термальные воды нередко выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90 ºС.
Люди
научились использовать глубинное
тепло Земли в хозяйственных
целях. В странах, где термальные
воды подходят близко к поверхности,
сооружают геотермальные
1.2 Энергия солнца
Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. На Сев. Технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива.
Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. И в России наибольший теоретический потенциал, более 2000 млрд. тонн условного топлива (т.у.т.), имеет солнечная энергия . Несмотря на такой большой потенциал в новой энергетической программе России вклад возобновляемых источников энергии на 2005 г определен в очень малом объеме - 17-21 млн.т у.т. Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическое использование-дело отдаленного будущего (после 2020г). В данной работе мы покажем, что это не так и что солнечная энергия является серьезной альтернативой традиционной энергетике уже в настоящее время.
Известно,
что каждый год в мире потребляется
столько нефти, сколько ее образуется
в природных условиях за 2 млн.лет.
Гигантские темпы потребления не возобновляемых
энергоресурсов по относительно низкой
цене, которые не отражают реальные совокупные
затраты общества, по существу означают
жизнь в займы, кредиты у будущих поколений,
которым не будет доступна энергия по
такой низкой цене. Другая составляющая
стоимости энергии, которая распределяется
на все общество и не включается в тарифы
за энергию, связана с загрязнением окружающей
среды энергетическими установками. Выбросы
тепловых электростанций состоят, в основном,
из углекислого газа, который ответственен
за тепличный эффект и изменение климата
и, например, приводит к засухе в районах
производства зерна и картофеля. Другие
выбросы включают окислы серы и азота,
которые в атмосфере превращаются в серную
и азотную кислоты и возвращаются на землю
со снегом или в виде кислотных дождей.
Повышенная кислотность воды привод к
снижению плодородия почвы, уменьшению
рыбных запасов и засыханию лесов, повреждению
строительных конструкций и зданий. Токсичные
тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть,
свинец, могут растворяться кислотами
и попадать в питьевую воду и сельскохозяйственные
продукты. Существует большая неопределенность
в определении реальной стоимости электроэнергии,
получаемой от атомных электростанций.
Можно утверждать, что реальные цены в
атомной энергетике будут определены
после того, как будут решены вопросы безопасности
АЭС и ядерных технологий по получению
топлива и захоронения отходов и разработаны
принципы обращения с оборудованием, зданиями
и сооружениями АЭС, выводимыми из эксплуатации
через тридцать лет работы, и эти цены
будут выше существующих. Наши и зарубежные
оценки прямых социальных затрат, связанных
с вредным воздействием электростанций,
включая болезни и снижение продолжительности
жизни людей, оплату медицинского обслуживания,
потери на производстве, снижение урожая,
восстановление лесов и ремонт зданий
в результате загрязнения воздуха, воды
и почвы дают величину добавляющую около
75% мировых цен на топливо и энергию. По
существу это затраты всего общества -
экологический налог, который платят граждане
за несовершенство энергетических установок,
и этот налог должен быть включен в стоимость
энергии для формирования государственного
фонда энергосбережения и создание новых
экологически чистых технологий в энергетике.
Если учесть эти скрытые сейчас затраты
в тарифах на энергию, то большинство новых
технологий возобновляемой энергетики
становится конкурентно способными с
существующими технологиями. Одновременно
появится источник финансирования новых
проектов по экологически чистой энергетике.
Именно такой "экологический" налог
в размере от 10 до 30% от стоимости нефти
введен в Швеции, Финляндии, Нидерландах
и, возможно, в 1993 г. он будет введен в Германии
и странах ЕЭС.
Геотермальные, ветровые и гидроэлектростанции
имеют конкурентно способные экономические
характеристики при любом уровне мощности,
который ограничен только наличием соответствующих
энергоресурсов. Геотермальная энергетика
при строгом рассмотрении не является
возобновляемой, ее методы являются традиционными
и в данной работе не рассматриваются.
Потенциал ветровой и гидроэнергии составляют
соответственно 0,02% и 0,07% от солнечной
энергии и позволяют обеспечивать энергией
локальных и региональных потребителей
при суммарной мощности до нескольких
сотен и тысяч мегаватт.
Энергосберегающие технологии для солнечного дома являются наиболее приемлемыми по экономической эффективности их использования. Их применение позволит снизить энергопотребление в домах до 60%. В качестве примера успешного применения этих технологий можно отметить проект "2000 солнечных крыш" в Германии. В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов. В Германии разработана новая технология прозрачной теплоизоляции зданий и солнечных коллекторов с температурой 90-50 гр.С. При приближении к мировым ценам становятся экономически приемлемыми технологии получения газа и моторного топлива из биомассы. Например, опыты показывают, фермер, имеющий посевы рапса и рапсовое масло, может быть независимым от поставок моторного топлива . В регионах, богатых торфом и древесиной и имеющих дефицит моторного топлива, технологии газификации, получение этанола и метанола позволят использовать газ и синтетическое топливо в дизельных электрогенераторах и автомобилях. Отсутствие экономически приемлемых технологий аккумулирования сдерживает широкое использование водорода и электрического транспорта.
Однако поисковые работы в этой области ведутся весьма интенсивно и не исключено, что в ближайшие годы будут предложены новые решения, как это произошло в системах преобразования и передачи электрической энергии. В 1992г. в ВИЭСХе (Всесоюзный институт электрификации сельского хозяйства) совместно с ВЭИ
(Всесоюзный энергетический институт) (автор Авраменко С.В.) разработан и испытан образец такой системы мощностью 1,5 кВт, в 1993г. мы надеемся увеличить ее мощность до 100 кВт. Помимо снижения числа проводов до одного ЛЭП практически не имеет джоулевых потерь и потерь на корону и авторы рассчитывают, что указанные свойства сохранятся при увеличении уровня передаваемой мощности до 10 ГВт и более. Солнечные электростанции могут быть использованы как для решения локальных энергетических задач, так и глобальных проблем энергетики.
При
КПД солнечной электростанции (СЭС)
12% все современное потребление электроэнергии
в России может быть получено от СЭС активной
площадью около 4000 кв.м, что составляет
0.024% территории.
Наиболее практическое применение в мире
получили гибридные солнечно-топливные
электростанции с параметрами: КПД 13,9%,
температура пара 371 гр.С , давление пара
100 бар, стоимость вырабатываемой электроэнергии
0,08-0,12 долл/кВт.ч, суммарная мощность в
США 400 МВт при стоимости 3 долл/Вт. СЭС
работает в пиковом режиме при отпускной
цене за 1 кВт.ч электроэнергии в энергосистеме:
с 8 до 12 час.-0,066 долл. и с 12 до 18 час.- 0,353
долл.. КПД СЭС может быть увеличен до 23%
- среднего КПД системных электростанций,
а стоимость электроэнергии снижена за
счет комбинированной выработки электрической
энергии и тепла.
Основным технологическим достижением
этого проекта является создание Германской
фирмой Flachglass Solartechnik GMBH технологии производства
стеклянного параболоцилиндрического
концентратора длиной 100 м с апертурой
5,76 м, оптическим КПД 81% и ресурсом работы
30 лет. При наличии такой технологии зеркал
в России целесообразно массовое производство
СЭС в южных районах, где имеются газопроводы
или небольшие месторождения газа и прямая
солнечная радиация превышает 50% от суммарной.
Принципиально новые типы солнечных концентратов, использующие технологию голографии, предложены ВИЭСХом. Его главные характеристики сочетание положительных качеств солнечных электростанций с центральным приемником модульного типа и возможность использования в качестве приемника как традиционных паронагревателей, так и солнечных элементов на основе кремния.
Одной
из наиболее перспективных технологий
солнечной энергетики является , создание
фотоэлектрических станций с солнечными
элементами на основе кремния, которые
преобразуют в электрическую энергию
прямую и рассеянную составляющие солнечной
радиации с КПД 12-15%. Лабораторные образцы
имеют КПД 23%. Мировое производство солнечных
элементов превышает 50 МВт в год и увеличивается
ежегодно на 30%. Современный уровень производства
солнечных элементов соответствует начальной
фазе их использования для освещения,
подъема воды, телекоммуникационных станций,
питания бытовых приборов в отдельных
районах и в транспортных средствах. Стоимость
солнечных элементов составляет 2,5-3 долл/Вт
при стоимости электроэнергии 0,25-0,56 долл/кВт.ч.
Солнечные энергосистемы заменяют керосиновые
лампы, свечи, сухие элементы и аккумуляторы,
а при значительном удалении от энергосистемы
и малой мощности нагрузки - дизельные
электрогенераторы и линии электропередач.
1.3 Энергия ветра
Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумывался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.
Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать древние персы свыше 1,5 тыс. лет назад. В дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но и откачивали воду, сбивали масло, как, например в Голландии. Первый электрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок.
Энергия
ветра очень велика. Ее запасы по
оценкам Всемирной
Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать большую площадь. К тому же ветроэлектростанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.
Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток.
Для
получения энергии ветра
Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше.
Чтобы снизить зависимость от непостоянного направления и силы ветра, в систему включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны; выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и гидравлические (силой ветра вода поднимается на определенную высоту, а, падая вниз, вращает турбину). Ставят также электролизные аккумуляторы. Ветряк дает электрический ток, разлагающий воду на кислород и водород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости сжигают в топливном элементе (т.е. в химическом реакторе, где энергия горючего превращается в электричество) либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанного с капризами ветра.
Сейчас
в мире работает более 30 тыс. ветроустановок
различной мощности. Германия получает
от ветра 10% своей электроэнергии, а
всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт
электроэнергии. По мере того как ветряные
электростанции окупаются, а их конструкции
совершенствуются, цена воздушного электричества
падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость
1 кВт·ч электроэнергии, полученной на
ветростанции, равнялась 40 сантимам, а
к 2000 году она снизилась в 1,5 раза. Правда
энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов
за 1 кВт·ч.

- Альтернативность
- Альтернативность в истории как методологическая проблема
- Альтернативные виды топлива
- Альтернативные виды топлив для автомобильных двигателей
- Альтернативные затраты, Функции ЦБ
- Альтернативные идеологические течения
- Альтернативные идеологические течения
- Альмухаметов Газиз Салихович. Жизнь и творчество
- Альтерглобализм
- Альтернатива животноводства: веганство и вегетарианство
- Альтернативна вартість та її використання у проектному аналізі
- Альтернативная оценка стоимости основных производственных фондов, рентабельности производства пищевых продуктов, включая напитки и таб
- Альтернативная служба
- Альтернативная энергетика