Производство  ->  Энергетика  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Альтернативные источники энергии и их применение в России

Этим летом, путешествуя по Прибалтике, я впервые увидела огромные сооружения, стоящие в поле у дороги, похожие на детскую игрушку «ветрячок». Мне стало интересно, что это такое. Я спросила об этом маму и она мне сказала, что это ветрогенераторы. Они вырабатывают электроэнергию, не загрязняя окружающую среду, и являются альтернативными источниками энергии. Мне стало интересно, какие еще экологически чистые источники энергии существуют. Для этого я решила почитать книжки и посмотреть ресурсы Интернета. В своей работе я хочу рассмотреть основные способы получения энергии из альтернативных источников, которые пока непопулярны в современном мире, но необходимы в будущем. Поэтому тема моего исследования - «Альтернативные источники энергии».

Основные цели моей работы: 1) рассмотреть основные методы получения альтернативной энергии, 2) определить положительные и отрицательные качества каждого метода получения энергии, 3) рассмотреть возможность применения каждого из этих методов для России 4) сделать выводы о возможности применения и развития альтернативных способов энергии в будущем.

Методы исследования: 1) изучение книг и статей по теме исследования, 2) обобщение информации полученной из различных источников, 3) сравнение изученных методов получения альтернативной энергии, 4) изучение возможности применения этих методов для России с использованием специализированных карт.

1. Альтернативные виды энергии

Сегодня энергетика мира использует невозобновляемые источники энергии. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Но можно сказать, что человечество уже сегодня вступило в переходный период - от энергетики, использующей органические природные ресурсы, которые ограничены в природе к энергетике на практически неисчерпаемой основе.

Большие надежды в мире возлагаются на так называемые альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии.

К таким источникам можно отнести:

- энергию солнца,

- энергию ветра,

- энергию мирового океана,

- глубинное тепло Земли,

- топливо из биомассы.

В этот список можно было бы включить и ядерную энергию, но при её производстве остаются радиоактивные отходы, так что это не экологически чистое производство, несмотря на то, что нет выбросов вредных веществ.

1. Энергия солнца.

Еще в древности люди начали задумываться о возможностях применения солнечной энергии. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Так же доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией.

Солнечная энергетика — непосредственное использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

1. Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.

2. Гелиотермальная энергетика - Нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение, и использование тепла.

3. Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергию в энергию воздушного потока).

Солнечные батареи очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крыши жилых зданий для нагрева воды, получения электричества. В перспективе они, вероятно, будут применяться для подзарядки электромобилей. Солнечная энергетика широко применяется в случаях, когда малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически.

2. Энергия ветра.

Использование энергии ветра началось на самом раннем этапе человеческой истории. Древние персы (территория современного Ирана) использовали силу ветра для размола зерна. В средневекой Голландии ветряные мельницы служили не только для размола зерна, но и для откачки воды с болот. В середине 19в. в США был изобретён многолопастный ветряк, использовавшийся для подъёма воды из колодцев.

Если в прошлом энергию ветра использовали, как правило, для повышения эффективности физического труда (для перемолки зерна или в качестве водяного насоса), то в настоящее время энергию ветра применяют в основном для выработки электроэнергии (ветер вращает лопасти электрогенератора).

Ветровая энергия - огромная энергия движущихся воздушных масс. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения.

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. 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. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.

3. Энергия малых рек.

С древних времён люди используют силу движения воды. Всем известны водяные мельницы, где вращение жёрнова производится под напором воды.

Малая гидроэнергетика - получение электрической энергии за счет энергии движения воды в небольших реках. Преимущество малой гидроэнергетики по сравнению с другими традиционными видами энергии в наиболее экономичном и экологически безопасном способе получения электричества. Небольшие гидростанции позволяют сохранять природный ландшафт, окружающую среду не только на этапе строительства, но и в процессе эксплуатации. В целях избежания негативных экологических последствий при сооружении плотинных мини-ГЭС часть потока вблизи берега отводят в специальный канал, направляющий воду к плотине. При последующей работе малой ГЭС отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она полностью сохраняет первоначальные природные свойства. В реках сохраняется рыба, продолжается водоснабжение населения. В отличие от других экологически чистых возобновляемых источников электроэнергии (таких, например, как солнце, ветер), малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу электроэнергии потребителю. Раньше считалось, что строить ГЭС в районах с экстремальными климатическими условиями невозможно: зимой все реки практически полностью замерзают. Но современным МГЭС даже суровые сибирские морозы не помеха. Благодаря техническим решениям, используемым при проектировании и строительстве, станции продолжают функционировать и зимой при очень низких температурах, даже при -40°С.

4. Энергия мирового океана.

В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии. Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает воздух и образует ветры, вызывающие волны. Она нагревает океан, который накапливает тепловую энергию. Она приводит в движение течения, которые в то же время меняют свое направление под воздействием вращения Земли. Из космоса же поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она является движущей силой системы Земля - Луна и вызывает приливы и отливы.

Эне́ргия волн — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары.

Для производства электроэнергии используются две основные характеристики волн: кинетической энергия, и энергии поверхностного качения. Именно эти факторы и пытаются использовать при строительстве волновых электростанций.

Для использования кинетической энергии волн, на их пути ставится труба очень большого диаметра. Поступающие в нее волны вращают лопасти турбины, которая и приводит в движение генератор. В другом случае, поступающая вода выталкивает из замкнутого пространства трубы, находящийся там воздух. Далее выработка энергии происходит по обычному принципу. Выходящий воздух вращает лопасти турбины. Наиболее совершенные волновые электростанции, для выработки электроэнергии применяют оба этих способа.

В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция.

Наиболее мощные течения океана - потенциальный источник энергии. Современный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений, накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и электрическую энергию с помощью турбин, погруженных в воду (подобно ветряным мельницам, «погруженным» в атмосферу).

Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.

Идея использования энергии приливов появилась у наших предков добрую тысячу лет назад. Правда, строили они тогда не ПЭС, а приливные мельницы. Одна из таких мельниц, упоминаемая еще в документах 1086 г. , сохранилась в местечке Илинг на юге Англии. В России первая приливная мельница появилась на Беломорье в XVII в.

Прили́вная электроста́нция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Приливные электростанции работают по следующему принципу: в устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты. За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины. При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Наивысший прилив (19 м) наблюдается на берегах залива Фанди (Канада). У северо-западных берегов США он достигает 10 м, в Южной Америке (Аргентина, Галегос) 11 м, в Англии (Бристоль) и Франции (Сен-Мало) 14 м. Значителен подъем прилива (10 м и выше) у берегов Австралии, Индии, Китая и Кореи. У берегов РФ высокие приливы наблюдаются в Пенжинском (до 13,4 м), Тугурском и Мезенском (до 10 м) заливах в Охотском и Белом морях. На Мурманском побережье прилив достигает 7,2 м.

5. Глубинное тепло земли.

Если солнечная энергия падает на нас с неба, то геотермальная находится у нас под ногами. Поток этой энергии огромен.

Геотермальная энергетика — производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновляемым энергетическим ресурсам.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотермальных источников в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.

Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты, в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.

Но геотермальные районы, как правило, сейсмически активны и удалены от потребителя, термальные воды обычно сильно минерализованы и коррозионно-активны, также ГеоТЭЦ представляют и экологическую опасность, если они работают на закачиваемой воде, т. к. возникает проблема хранения и переработки отработанных вод, насыщенных солями.

6. Топливо из биомассы.

Биомасса - термин, объединяющий все органические вещества растительного и животного происхождения. Биомасса делится на первичную (растения, животные, микроорганизмы и т. д. ) и вторичную - отходы при переработке первичной биомассы и продукты жизнедеятельности человека и животных. В свою очередь отходы также делятся на первичные - отходы при переработке первичной биомассы (солома, ботва, опилки, щепа, спиртовая барда и т. д. ) и вторичные - продукты физиологического обмена животных и человека.

В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья.

2. Возможности применения альтернативной энергетики в России.

У альтернативных источников энергии в России очень большой потенциал использования. В настоящее время с использованием АИЭ вырабатывается менее 1% от общего объема производства электроэнергии в стране. В 2007г. Российское правительство поставило задачу повысить к 2020 г. долю ВИЭ в энергобалансе страны минимум до 4,5%. Впрочем, уже в январе 2010 года правительство отказалось от реализации этих планов.

Всего в России работают 1 ГеоТЭС (Паужекская - 11 мВт), 1 приливная ЭС (Кислогубская - 400 кВт), 1500 ветроустановок (от 0,1 до 16 кВт), 50 микроГЭС (от 1,5 до 10 кВт), 300 малых ГЭС (2 млрд. кВт/ч), солнечные ФЭС (в сумме приблизительно 100 кВт), солнечные коллекторы площадью 100 000 м2 3000 тепловых насосов (от 10 кВт до 8 мВт).

Централизованное энергоснабжение покрывает 1/3 территории страны, 50 регионов Росси является энергодефицитными, и рост цен на тепловую и электрическую энергию делает применение АИЭ экономически эффективным в удаленных регионах страны. В России альтернативной энергетикой занимаются только в тех случаях, когда нет возможности получить доступ к централизованной системе энергоснабжения. В каждом регионе надо искать свои нетрадиционные источники энергиин. В одном месте это могут быть приливные электростанции, в другом - ветряки, в третьем - ТЭС, но работающие на местных видах топлива, например, отходах деревообрабатывающей или целлюлозно-бумажной промышленности.

Огромные пространства редконаселенного Севера в первую очередь нуждаются в децентрализованной автономной системе энергообеспечения, независимой от дорогостоящих поставок органического топлива. Ветроустановки, как и солнечные электростанции, особенно эффективны в небольших поселениях, для автономных энергопотребителей, отдаленных от централизованных систем энергоснабжения. Для них энергия ветра и Солнца является самым экономичным источником электричества. Все шире используется на Севере и энергия приливов. В России на северном побережье Кольского полуострова построена Кислогубская приливная электростанция (ПЭС).

По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего на 15%. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.

В России на 2006 г. разведано 56 месторождений термальных вод. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край). Геотермальные станции используют энергию горячего пара или воды, получаемых из недр Земли. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Самый “горячий” район — Курило-Камчатский вулканический пояс. На Камчатке выявлено 70 групп термальных источников, 40 из них имеют температуру около 100°С. 18 августа 1966 года здесь была построена Паужетская геотермальная станция мощностью 11 тыс. кВт с тремя агрегатами, которая использует энергию паро-гидротермального месторождения.

Один из альтернативных путей в России - возвращение к забытым «дровам». А точнее к продуктам, произведенным путем гранулирования древесных отходов: опилок, щепы и старой древесины. Получившийся пеллет сравним с углем. Особенно это топливо актуально для лесных районов. Населенные пункты, которые размещаются на таких территориях, как правило, отдалены от газопроводов.

Наряду с первичной растительной биомассой значительный энергетический потенциал содержится в отходах животноводства, твердых бытовых отходах и отходах различных отраслей промышленности. Использование этого потенциала возможно термохимическими или биохимическими методами. В первом случае речь идет в основном о твердых бытовых отходах, которые либо сжигаются, либо газифицируются на мусороперерабатывающих фабриках. Во втором случае сырьем является навоз или жидкие бытовые стоки, которые перерабатываются в биогаз. Данный вид топлива применим в непосредственной близости от места переработки.

3. Характеристика альтернативных источников энергии.

Изучив, основные экологически чистые возобновимые источники получения энергии, я составила обобщающую таблицу, характеризующую положительные и отрицательные стороны каждого источника и возможности их использования в России.

Табл. 1

Положительные стороны Отрицательные стороны ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В РОССИИ

Энергия солнца 1. Дешевая эксплуатация. 2. 1. Малые мощности. В летний период практически на всей

Автономность. 2. Большие капиталовложения. территории страны.

3. Зависимость от внешних факторов.

4. Занятие больших площадей.

Энергия ветра На территориях со средней скоростью ветра на высоте 50 метров более

4м/с.

Энергия малых рек Дешевая эксплуатация. 1. Малые мощности. Повсеместно при наличии рек с

Автономность. 2. Зависимость от внешних факторов. перепадами высот или достаточно

Нет необходимости затопления больших сильным течением.

плодородных территорий земли.

Сохранение рыбной популяции.

Энергия волн Автономность. 1. Малые мощности. Черное море

2. Зависимость от внешних факторов.

3. Наличие агрессивной морской среды.

Энергия течений Автономность. 1. Малые мощности. Курильское течение около Курильских

2. Большие капитальные затраты. островов и только летом.

3. Наличие агрессивной морской среды.

Табл. 1 продолжение

Положительные стороны Отрицательные стороны ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Энергия приливов Автономность. 1. Малые мощности. Северные моря России

2. Большие капиталовложения.

3. Необходимость перегораживать устья рек, пригодные для нереста рыб.

4. Наличие агрессивной морской среды

Энергия Земли Автономность. 1. Малые мощности. Дальний Восток и Южные регионы

Дешевая эксплуатация. 2. Большие капиталовложения. страны.

3. Наличие агрессивной водной среды

Энергия биомассы Автономность. 1. Малые мощности. Повсеместно

Получение побочных продуктов 2. Наличие необходимого количества используемых в сельском хозяйстве. в шаговой доступности.

Я выбрала эту тему, так как она кажется, на мой взгляд, очень интересной и актуальной. Я считаю, что за альтернативными источниками энергии стоит будущее.

Запасы традиционных энергоносителей не бесконечны. По некоторым прогнозам их запасы могут критически уменьшится еще при моей жизни. Так же традиционные виды топлива наносят огромный ущерб окружающей среде. Поэтому переход к возобновляемым источникам энергии неизбежен.

У всех электоростанций, использующих альтернативные источники энергии имеются свои плюсы и минусы. Общими плюсами для альтернативных источников энергии является возобновляемость и меньший урон экологии от большинства из них. Минусами являются дороговизна, привязанность к определенным типам местности и относительно малая мощность. Поскольку установки, использующие возобновляемые источники энергии относительно маломощны, привязаны к определенным типам местности и довольно дороги, то пока возможно только комбинированное использование альтернативных и традиционных источников энергии. Это позволит снизить потребности в нефти, угле и газе, уменьшить или просто остановить рост темпов их добычи, что отсрочит энергетический и экологический кризис.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)