Реферат на тему «Возобновляемые источники энергии»

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение
2. Плюсы и минусы возобновляемых источников энергии
3. Энергия ветра и гидроэнергетика
4. Солнечная энергия
5. Геотермальная энергия
6. Заключение
7. Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы концепция «возобновляемых источников энергии (ВИЭ)» стала чрезвычайно популярной. Анализ внутренних потенциалов их огромного использования варьируются от одобрительных до сдержанно упадочных.

Энергетический упадок 1973-1974 годов в капиталистических странах показал, что постоянное увеличение мощности производства вызывает затруднения, базируясь только на общепринятых источниках энергии (нефть, уголь, газ). Энергетическое становление общества является основой его научно-технического прогресса, основой для развития производительных сил. Важно не только преобразить систему их расходования, но и ввести более нестандартные альтернативные источники энергии.

Но, в противоположность к ископаемым видам топлива, нетрадиционные формы энергии не ограничиваются геологически аккумулированными запасами. Это говорит о том, что их потребление и эксплуатация не приводят к закономерному вырождению запасов.

Структура мировой энергетической экономики на сегодняшний день сложилась так, что четыре из каждых пяти киловаттов, в принципе, получаются так же, как их использовал примитивный человек для отопления, то есть сжигание топлива или использование химического накопленная в нем энергия, преобразующая ее в электрическую энергию на тепловых электростанциях. Да, нельзя отрицать, что методы сжигания топлива сегодня значительнее сложнее и совершеннее. Но, для повышения требований к охране окружающей среды необходим новый подход к энергетике.

Каковы эти нетрадиционные и возобновляемые источники энергии? Их обычно называют солнечной, ветровой и геотермальной энергией, энергией морских приливов и волн, биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальной энергией окружающей среды.

Основным фактором в оценке осуществимости использования возобновляемых источников энергии является стоимость энергии, производимой по сравнению с затратами энергии, производимой с использованием традиционных источников. Особое значение имеют нетрадиционные источники для удовлетворения потребностей местных потребителей энергии.

Рассматриваемые схемы преобразования энергии могут быть объединены одним термином «экоэнергетика», что означает любые способы получения чистой энергии, которые не вызывают загрязнения окружающей среды.

Плюсы и минусы возобновляемых источников энергии

Положительные качества ВИЭ включают широкую и легкую доступность многочисленных их видов, а также экологическую чистоту, которую несет их использование. Производственные расходы по применению нетрадиционных источников не включают в себя топливную составляющую, поскольку энергия этих источников как бы свободна.

Из отрицательных качеств можно выделить низкую удельную мощность и непостоянство среды для большей части ВИЭ. Эта ситуация обусловливает необходимость создания больших площадей электростанций, которые «перехватывают» используемый поток. Что, в свою очередь, приводит к значительной материальной интенсивности подобного оборудования и, соответственно, к росту сепаратных инвестиций в сопоставлении с традиционными силовыми установками.

Больше проблем вызвано изменчивостью со временем такого рода источников энергии, как ветер, сток малых рек, солнечная радиация, приливы, теплота окружающей среды. Если, к примеру, преобразование энергии приливов является строго циклическим, то процесс поставки солнечной энергии является естественным и содержит, тем не менее, первостепенный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Энергия ветра еще более изменчива и непредсказуема. Еще можно отметить, что геотермальные установки с постоянным расходом геотермальной жидкости в скважинах гарантируют постоянную генерацию энергии (электрической или тепловой). И, установки, в которых используется биомасса, могут обеспечить стабильное производство энергии, если они снабжены требуемым количеством этого «энергетического сырья».

Поднимая вопрос об изготовлении электроэнергии, следует отметить, что это очень специфический тип продукта, который должен потребляться одновременно с производством, т.к. нет возможности отвезти на склад как уголь, нефть или какой-либо другой товар или продукт, ввиду того, что фундаментальная научно-техническая проблема накопления электроэнергии в больших количествах еще не решена, на данный момент, нет возможности полагать, что она будет решена в обозримом будущем.

Что касается «свободного» большинства видов возобновляемых источников энергии, этот фактор компенсируется значительными затратами на приобретение соответствующего оборудования. В итоге возникает парадокс, согласно которому богатые страны могут использовать свободную энергию, по большей части. В то же время развивающиеся страны, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитая сеть централизованного энергоснабжения, больше всего заинтересованы в эксплуатации возобновляемых источников энергии. Конструирование независимого источника энергии с использованием нетрадиционных источников для них может быть решением проблемы, но из-за их бедности у них нет средств для приобретения достаточного оборудования в достаточных количествах. Богатые страны не испытывают энергетического голода и проявляют интерес к альтернативной энергии главным образом по причинам экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии

Энергия ветра и гидроэнергетика

Энергия ветра

Энергия ветра — это энергетическая отрасль, специализирующаяся на реализации энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере.

Человечество пользуется энергию ветра с давних времен. Но его корабли, которые в течение тысяч лет пахали бескрайние горизонты океанов, а ветряные мельницы могли воспользоваться лишь незначительной долей этих 2,7 трлн. кВт энергии, которые дули на Землю. Считается, что технически возможно развитие 40 млрд. КВт, но даже это превышает гидропотенциал планеты более чем в 10 раз.

Но отчего такой благодатный и легкодоступный, а самое главное экологически чистый источник энергии так плохо используется? В настоящее время ветровые двигатели покрывают только одну тысячную часть мировых энергетических потребностей.

Потенциал ветровой энергии Земли в 1989 году оценивался в 300 млрд. КВт/ч в год. Но лишь 1,5% этой суммы может быть технически реализовано. Главным препятствием для него является непостоянство и рассеянность энергии ветра. Переменчивость и своенравие ветра вызывает нужду в строительстве аккумуляторов энергии, что значительно увеличивает стоимость электроэнергии. Ввиду этого, возникает рассеянность в построении равных по интенсивности солнечных и ветровых электростанций, т.к. последние требуют увеличение потребляемой площади в пять раз. Но, нужно не забывать, что на Земле существуют также области с ветрами, дующими с внушительным постоянством и силой. Такими областяит являются берега Северного, Балтийского и Арктического морей.

Современное изучение направлено прежде всего на приобретение электрической энергии от энергии ветра. Потребность в освоении производства ветроэнергетических машин привело к появлению многих таких единиц техники. Кое-какие из них в высоту доходят до десятков метров, и считается, что со временем они могут создать настоящую электрическую сеть. А электроснабжения отдельных домов используют малые ветряные электростанции предназначены для

Сегодня ветроэнергетические станции прочно обеспечивают поток нефтяников; они одинаково успешно работают в таких труднодоступных районах как Арктика, отдаленные острова и архипелаги, тысячи сельскохозяйственных ферм, с отсутствием крупных поселений и общественных электростанций поблизости.

Ветрогенератор мощностью 1 МВт снижает годовые выбросы в атмосферу 1800 тонн CO2, 9 тонн SO2, 4 тонны оксидов азота. Согласно оценкам Совета по глобальной ветроэнергетике, к 2050 году мировая энергия ветра сократит ежегодные выбросы CO2 на 1,5 млрд. тонн.

Ветряные генераторы удаляют часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к уменьшению скорости их движения. При массовом использовании ветряных мельниц (например, в Европе) это замедление теоретически может оказать значительное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветра может сделать климат в регионе чуть более континентальным из-за того, что медленно движущиеся воздушные массы летом более интенсивно нагреваются и остывают зимой. Кроме того, выбор энергии от ветра может способствовать изменению режима влажности прилегающей территории. Тем не менее, ученые все еще только начинают исследования в этой области, научные статьи, анализирующие эти аспекты, не количественно оценивают влияние широкомасштабной ветровой энергии на климат, но они позволяют сделать вывод, что это может быть не столь незначительным, как считалось ранее.

Металлические конструкции ветропарка, особенно элементы в лезвиях, могут создавать значительные помехи при приеме радиосигнала. Чем больше ветряная ферма, тем больше помех она может создать. В некоторых случаях для решения проблемы необходимо установить дополнительные транспондеры.

Энергия воды

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, потому что две трети земной поверхности (361 миллион квадратных километров) заняты морями и океанами: акватория Тихого океана составляет 180 миллионов квадратных километров. км, Атлантический — 93 миллиона квадратных метров. км, индийский — 75 миллионов квадратных метров. км. Таким образом, тепловая энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с дном, например, 20 градусов, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается примерно в 1018 Дж. Однако на данный момент люди могут использовать только незначительные доли этой энергии, да, а затем за счет больших и медленно окупающихся инвестиций, поэтому эта энергия пока не показала себя бесперспективной.

Очень быстрое истощение ископаемых видов топлива, использование которых также связано со значительным загрязнением окружающей среды, заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поиску возможного использования обширных и безвредных источников энергии, включая энергию в мире океаны. Широкая общественность еще не знает, что в последние годы поиски добычи энергии из морей и океанов приобрели довольно большой масштаб в ряде стран и что их перспективы становятся все более перспективными.

Океан содержит несколько различных видов энергии: энергию приливов и течений, океанские течения, тепловую энергию.

Не так давно группа ученых океанографов обратила внимание на то, что Гольфстрим несет свои воды у побережья Флориды со скоростью 5 миль в час. Идея использования этого потока теплой воды была очень заманчивой. Является ли это возможным? Будут ли гигантские турбины и подводные пропеллеры, напоминающие ветряные мельницы, вырабатывать электричество, выделяя энергию из течений и волю? «Будут» — это в 1974 году было заключение Комитета Макартура, который находится под эгидой Национального управления океанических и атмосферных исследований в Майами, штат Флорида. Общее мнение заключалось в том, что есть определенные проблемы, но все они могут быть решены в случае выделения ассигнований, поскольку «в этом проекте нет ничего, что могло бы превысить возможности современной инженерно-технологической мысли».

При нынешних темпах научно-технического прогресса значительные изменения в энергии океана должны произойти в ближайшие десятилетия. Океан заполнен внеземной энергией, которая поступает из космоса. Он доступен и безопасен и не загрязняет окружающую среду, неисчерпаемый и свободный. Из космоса приходит энергия Солнца. Он нагревает воздух и формирует ветры, которые вызывают волны. Он нагревает океан, который накапливает тепловую энергию. Он вводит в движение токи, которые в то же время меняют свое направление под воздействием вращения Земли. Из космоса приходит энергия солнечного и лунного притяжения. Это движущая сила системы Земля-Луна и вызывает приливы и отливы. Океан — это не плоское, безжизненное водное пространство, а огромный склад беспокойной энергии. Здесь рождаются всплески волн, отливы и приливы, течения пересекаются, и все это наполняется энергией.

Некоторые из предлагаемых океанских электростанций могут быть реализованы и стать прибыльными уже в настоящее время. В то же время следует ожидать, что творческий энтузиазм, искусство и изобретательность научных и инженерных работников улучшат существующие и создадут новые перспективы для промышленного использования энергетических ресурсов Мирового океана.

Солнечная энергия.

Только лишь три дня нужно Солнцу, чтобы послать на Землю столько энергии, сколько содержится во всех изученных ныне запасах ископаемого топлива и в течение 1 сек. — 170 миллиардов Дж. Большая часть этой энергии рассеивается или поглощается атмосферой, особенно облаками, и только лишь треть ее достигает Земли. Превышение энергии, которую испускает Солнце содержит 5 миллиардов частей Земли. Но даже такое «незначительное» количество в 1600 раз превосходит энергию, которую все остальные источники объединяют вместе. Загрязнение солнечной энергии на поверхности одного озера эквивалентно солнечной энергии на большой электростанции.

Солнечная энергия — самый грандиозный, дешевый, но, возможно, и наименее энергетический источник для человека.

В настоящее время вопрос использования солнечной энергии поднимается все чаще. Использование прямого солнечного излучения дает огромные, потенциально, реализуемые энергетические возможности.

Для обеспечения всех текущих потребностей мировой энергетики потребовалось всего лишь 0,0125% энергии Солнца, а 0,5% полностью покрывает потребности на будущее. Но, маловероятно, что эти огромные потенциальные ресурсы будут реализованы в крупном масштабе. Практически можно использовать только очень небольшую часть этой энергии. Возможно, главной причиной этой ситуации является низкая плотность солнечной энергии. Исходя из простых расчетов, можно увидеть, что мощность, потребляемая от 1 м² освещенной солнцем поверхности, в среднем составляет 160 Вт, а для генерации 100 000 кВт необходимо удалить энергию с площади 1,6 км². Ни один из известных в настоящее время методов преобразования энергии не может обеспечить экономическую эффективность такого преобразования.

Однако даже если рассматривать наиболее оптимальные атмосферные условия (южные широты, ясное небо), то плотность потока солнечной радиации составит не более 250 Вт / м². Ввиду чего, для сбора солнечной радиации, «собранной» в течение года, необходима энергия, необходимая для удовлетворения всех потребности человечества, вы должны разместить их на территории 130 000 км². Потребность в использовании коллекторов огромных размеров, кроме того, повлечет за собой существенные материальные траты, самый простой сборщик солнечной радиации — почерневший металл (как правило pr, алюминий) в которой труба расположена в циркулирующей жидкости в ней. При нагревании солнечной энергией, поглощаемой коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно выведенным формулам, для производства солнечных коллекторов площадью 1 км² требуется около 10 000 тонн алюминия. На сегодня же доказанные запасы этого металла в мире оцениваются в 1170000 000 тонн.

Из вышесказанного ясно, что есть различные факторы, которые не дают реализовать мощность солнечной энергии.

Солнечная энергия относится к наиболее материально-интенсивным типам производства энергии. Широкомасштабное использование солнечной энергии влечет за собой значительное увеличение спроса на материалы и, следовательно, трудовые ресурсы для добычи сырья, их обогащения, получения материалов, изготовления гелиостатов, коллекционеров и другого оборудования для их транспортировки. Пока что электрическая энергия, создаваемая солнечными лучами, намного дороже традиционных методов. Исследователи не оставляют надежд, что опыты, проводимые на экспериментальных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Но, несмотря на это, солнечно-силовые преобразовательные станции строят, и действуют.

Солнечное излучение с помощью солнечных установок преобразуется в тепловую или электрическую энергию, удобную для практического использования. В южных районах нашей страны созданы десятки солнечных установок и систем. Они осуществляют горячее водоснабжение, отопление и кондиционирование жилых и общественных зданий, животноводческих ферм и теплиц, сушку сельскохозяйственной продукции, термическую обработку строительных конструкций, повышение и опреснение минерализованной воды и т. д.

С 1988 года крымская солнечная электростанция работает на Керченском полуострове. Он небольшой — всего 5 МВт. Он работает без каких-либо выбросов в окружающую среду, что особенно важно в курортной зоне и без использования органического топлива. Работая 2000 часов в год, станция генерирует 6 миллионов кВт электроэнергии.

С начала 1950-х годов в космических аппаратах в нашей стране использовались солнечные батареи в качестве основного источника энергоснабжения, непосредственно преобразующего энергию солнечной радиации в электрическую. Они представляют собой практически незаменимый источник электрического тока в спутниках, ракетах и автоматических межпланетных станциях.

Развитие космического пространства открывает простор для разработки проектов солнечно-космических электростанций для энергоснабжения Земли. Такие станции, в противоположности от земных, имеют возможность не только получения более плотный потока тепловой солнечной радиации, но и не зависимости от изменения дня и ночи и погодных условий. В конце концов, в космосе Солнце светит с постоянной интенсивностью.

Продолжаются исследования возможностей более широкого использования солнечных электростанций: солнечных крыш в домах для энерго- и теплоснабжения, солнечных крыш в автомобилях для подзарядки батарей, солнечных ферм в сельских районах и т. Д.

Ученые и энергетики продолжают работать, чтобы найти новые более дешевые возможности использования солнечной энергии.

Геотермальная энергия.

Долгое время люди знали о спонтанных проявлениях гигантской энергии, которая скрывается в недрах земного шара. Память человечества хранит традиции о катастрофических извержениях вулканов, в результате которых погибли миллионы человеческих жизней, которые неузнаваемо изменили внешний вид многих мест на Земле. Сила извержения даже относительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превосходит мощь крупнейших энергетических установок, созданных человеческими руками. Правда, нет необходимости говорить о прямом использовании энергии извержений вулканов — людям не удается обуздать этот непослушный элемент, и, к счастью, извержения, это довольно редкие события. Но это проявление энергии, скрытой в земном пространстве, когда лишь небольшая часть этой неисчерпаемой энергии пробивается сквозь дымовые дыры вулканов.

Энергия Земли (геотермальная энергия) основана на использовании естественного тепла Земли. Глубины Земли скрывают колоссальный, почти неисчерпаемый источник энергии. Ежегодное излучение внутреннего тепла на нашей планете составляет 2,8 * 1014 млрд. КВтч. Он постоянно компенсируется радиоактивным расходом определенных изотопов в земной коре.

Источники геотермальной энергии могут быть двух типов. Первый тип — подземные бассейны естественных теплоносителей — горячей воды (гидротермальные источники) или пара (источники источника пара) или пароводяной смеси. По сути, это непосредственно готовые к использованию «подземные котлы», где вода или пар могут быть извлечены с использованием обычных скважин. Второй тип — теплота горячих пород. Перекачивая воду в такие горизонты, можно также получить пар или перегретую воду для дальнейшего использования в энергетических целях.

Но в обоих случаях основным недостатком является, пожалуй, очень низкая концентрация геотермальной энергии. Однако в местах происхождения специфических геотермальных аномалий, где горячие источники или породы приближаются относительно близко к поверхности и где температура увеличивается на 30-40 ° C на каждые 100 м, концентрации геотермальной энергии могут создать условия для ее экономического использования. В зависимости от температуры воды, пара или пароводяной смеси геотермальные источники подразделяются на низко- и среднетемпературные (с температурой до 130-150 ° C) и высокотемпературные (более 150 °). Характер их использования во многом зависит от температуры.

Можно утверждать, что геотермальная энергия имеет четыре выгодных отличительных черты.

Во-первых, его запасы почти неисчерпаемы. По оценкам конца 1970-х годов на глубину 10 км они составляют значение, которое в 3,5 тыс. Раз превышает запасы традиционных видов минерального топлива.

Во-вторых, геотермальная энергия широко распространена. Его концентрация в основном обусловлена ​​зонами активной сейсмической и вулканической активности, которые занимают 1/10 площади Земли. В этих поясах можно выделить некоторые из наиболее перспективных «геотермальных регионов», примерами которых являются Калифорния в США, Новой Зеландии, Японии, Исландии, Камчатке и Северном Кавказе в России. Только в бывшем СССР к началу 90-х годов было открыто около 50 подземных горячих и паровых бассейнов.

В-третьих, использование геотермальной энергии не требует больших затрат, потому что в этом случае мы говорим о уже «готовом к употреблению», создаваемом природой самими источниками энергии.

Наконец, в-четвертых, геотермальная энергия является экологически безопасной и не загрязняет окружающую среду.

Человек давно использовал энергию внутреннего тепла Земли (помните, по крайней мере, знаменитые римские бани), но его коммерческое использование началось только в 1920-х годах с строительства первых геоэлектрических станций в Италии, а затем и в других странах. К началу 80-х годов в мире насчитывалось около 20 таких станций общей мощностью 1,5 млн. КВт. Самая большая из них — станция Гейзеров в США (500 000 кВт).

Геотермальная энергия используется для выработки электроэнергии, отопления жилья, теплиц и т. Д. В качестве теплоносителя используют сухой пар, перегретую воду или охлаждающую жидкость с низкой температурой кипения (аммиак, фреон и т. д.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Неопровержимая задача энергии в сохранении и последующем становлении цивилизации. В современном мире вызывает трудность поиск хотя бы одна область человеческой деятельности, которая не требует большей энергии, чем может дать человек, так или иначе.

Использование энергии является важным показателем уровня жизни. В те дни, когда человек добывал себе питание сбором лесных ягод и фруктов, охотой на животных, ему требовалось около 8 МДж энергии в день. После приобретения огня это значение увеличилось до 16 МДж; в примитивном сельскохозяйственном обществе это было 50 МДж, а в более развитом — 100 МДж.

За историю бытия нашей цивилизации множество раз наблюдалось изменение традиционных источников энергии на новейшие, более продвинутые. Но это было не из-за того, что был исчерпан старый источник энергии.

Теперь, в начале XXI века, стартовал кардинально другой значительный этап в земной энергетике. Энергия «щадящая», построенная так, что человек не рубит ветку, на которой он сидит, а заботится о защите уже сильно поврежденной биосферы.

Подход широкого внедрения альтернативных источников энергии трудно разрешим относительно экономических и социальных проблем. В первую очередь, это высокая капиталоемкость, появившаяся в связи с необходимостью создания иных методов и тактик. Во-вторых, внушительная растрата сырья: существование сильнейшего ПЭС нуждается, например, в огромном количестве металла, бетона и т. д., а в-третьих, для отдельных модулей необходимо многочисленная отдалённость земельных или морских районов. Кроме того, развитие использования альтернативных источников энергии также ограничено нехваткой специалистов. Для разрешения данных вопросов нужен комплексный подход на различных уровнях, что подстегнет их достижение.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М., Зайцев С.В., Муругов В.П., Пузаков В.Н. «Возобновляемая энергия» «Вестник энергосбережения Южного Урала». июнь, 2013.
2. Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики / Энергия: Экон., техн., экол. 2015. №8.
3. Борисова С., Темнова Е., Трошкова А., Щеклеин С.Е. Возможности гидроэнергетического потенциала Свердловской области для развития малой гидроэнергетики региона. Энерго — и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Изд. УГТУ, 2015.
4. Лаврус В.С. «Источники энергии» К.: НиТ 2017г
5. Огородников И.А., Огородников А.А. «На пути к устойчивому развитию: экодом. Сборник материалов» М.: Социально-экологический союз, 2016г.
6. Пицунова О.Н. Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии и технологии их освоения «Вестник энергосбережения Южного Урала». июнь, 2014
7. Энергетические ресурсы мира. Под редакцией Непорожнего П.С., Попкова В.И. — М.: Энергоатомиздат. 2015 г.