Альтернативные источники энергии и их использование

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

«МАТИ» - Российский государственный технологический

университет имени  К. Э. Циолковского

 

 

Кафедра «Экономика и Управление»

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

по дисциплине: «Экология»

на тему: «Альтернативные источники энергии и их использование»

 

 

 

 

 

 

Студент:                                                                                       Каюшкина А.Г.

Группа:                                                                                        14МЕН-4ДС-024

Преподаватель:                                                                           Китаев В. З.

 

 

 

 

Ступино 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...…..3

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ  И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ………………………………………………………………………...6

1.1 Геотермальная энергия  (тепло земли)………………………………...……..6

1.2 Энергия солнца………………………………………………………………..7

1.3 Энергия ветра………………………………………………………...………..9

1.4 Энергия воды……………………………………………….………………..11

1.5 Энергия волн……………………………………………………..…………..13

ГЛАВА 2. СОСТОЯНИЕ  И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ………………………….……….….16

2.1. Использование альтернативной энергии в мире………………………….16

2.2. Использование альтернативной энергии в России……………………….18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...………20

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………..…….21 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

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 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 государства.

В природе запасы энергии  огромны. Ее несут солнечные лучи, ветра и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов веществ. 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 ветра в механическую энергию 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 семимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Основу современной энергетики составляют тепло и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а их количество сокращается. 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 гидротехнического  строительства, уже освоены. А какой  вред причиняют природе гидроэлектростанции! Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато вред водной среде наносит  довольно большой. В первую очередь  страдают рыбы, которые не могут  преодолеть плотины ГЭС. На реках, где  построены гидроэлектростанции, особенно если их несколько (так называемые каскады ГЭС) резко меняется количество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельского хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных.

Выход из создавшегося положения  виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире работало более 400 атомных электростанций. 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. 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 использовать так называемые возобновимые – малые, или «нетрадиционные», – виды получения энергии. К ним относят, прежде всего, установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. 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 теплоемкость 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  доставляет геотермальную энергию  к поверхности в виде пара или  перегретой воды, вскипающей и переходящей  в пар при выходе на поверхность. Природный пар можно непосредственно  использовать для производства электроэнергии. Имеются также районы, где геотермальными водами из источников и скважин можно  обогревать жилища и теплицы ( островное  государство на севере Атлантического океана -Исландия; Камчатка и Курилы).

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 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 вод, вскипающих с образованием достаточного кол-ва пара.

Валовой мировой потенциал  геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается  в 18 000 трлн. т усл. топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических  запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной  энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трлн. т усл. топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло  бы покрыть потребности страны в  энергии. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именно из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при  попытках создания в стране опытных  установок по использованию геотермальной  энергии, мы сегодня не можем индустриально  освоить такие несметные запасы энергии.

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 перспектива геотермальной энергии 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.

1.2. Энергия солнца

Общее количество солнечной  энергии, достигающее поверхности  Земли в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Используя 0,5 % этого запаса можно покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. Потенциал солнечной энергии в России 2,3 млрд. т усл. топлива в год, приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего его потребления.

Полное количество солнечной энергии, поступающей на Землю за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. Каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природе за 2 млн.лет. Гигантские темпы потребления не возобновляемых энергоресурсов по относительно низкой цене, по существу означают жизнь в займы, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по такой низкой цене. 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.

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.

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 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.