Главная страница
qrcode

Альтернативные источники энергии


Скачать 31.37 Kb.
НазваниеАльтернативные источники энергии
Дата04.04.2020
Размер31.37 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаАльтернативные источники энергии.docx
ТипДокументы
#40488
Каталог



Индивидуальный проект

Тема: Альтернативные источники энергии

Автор-разработчик: обучающийся 10- класса,

_____________________________________

Руководитель: учитель ______________________,

______________________________________

Рецензент:

Дата допуска к защите:

Волгоград

2019 год

СОДЕРЖАНИ










Введение
3






Заключение
9
Литературный обзор
10

Введение


Человечество использовала альтернативные источники энергии, еще до того как научилось добывать уголь, нефть и газ. С развитием технологий количество потребляемой человечеством энергии возрастало, приводя к необходимости сжигания ископаемого топлива – нефти, газа и угля

В 1973 произошел ближневосточный нефтяной кризис (нефтяное эмбарго), что подтолкнуло страны западной Европы к разработке и внедрению альтернативных источников энергии. После стабилизации на нефтяном рынке страны не остановились в реализации плана перехода на альтернативные источники энергии и достигли в этом направлении существенных результатов. Например, за первую половину 2019 года в Германии возобновляемые источники впервые выработали больше энергии, чем угольные и атомные электростанции. Доля электроэнергии, произведённой из энергии солнца, ветра, биомассы и воды, составила 47,3 %.

Национальные программы развития солнечной энергетики приняты в 68 странах. Солнечная энергия имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Все большее внимание привлекает использование энергии ветра, поскольку в масштабах планеты энергия ветра в 1000 раз превышает гидроэнергию. Наиболее развиты работы по приливным электростанциям. Перспективно производство энергии биомассы, получаемой в результате переработки органических отходов. Разработаны технологии производства биогаза и этанола, которые можно использовать как топливо и компост (органические удобрения) из органических отходов животноводческих комплексов, свинокомплексов, птицефабрик, городских сточных вод, бытовых отходов, отходов деревообрабатывающей промышленности. [10]

Использование альтернативных источников энергии в наше время приобретает особую важность. Человечество стало задавать важные вопросы: «Что будет, если они не прекратят потреблять невозобновляемые ресурсы, такие как нефть, газ и уголь? Какой вред будет нанесен нашей планете? И как можно выжить, если все используемые ресурсы закончатся?». Все эти вопросы приводят к тому, что использование альтернативных источников должно стать основным способом получения электроэнергии для обеспечения комфортной жизни человека. Именно поэтому возникает потребность исследования основных видов альтернативных источников энергии доступных на сегодняшний момент.

Цель работы: изучение видов альтернативной энергии, а также возможности использования альтернативных источников

Задачи: анализ существующих видов альтернативной энергии, изучение возможности использования альтернативных источников энергии
Основные сведения
В понятие «альтернативные виды энергии» входят четыре основных составляющих:
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – солнечная, ветровая, геотермальная и гидравлическая энергии, биомасса, низкопотенциальное тепло земли, воды, воздуха;
  • Вторичные ВИЭ – твердые бытовые отходы, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции;
  • Нетрадиционные технологии использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии – водородная энергетика, микроуголь, турбины в малой энергетике, газификация и пиролиз, каталитические методы сжигания и переработки органического топлива, синтетическое топливо;
  • Энергетические установки – тепловой насос, машина Стирлинга, вихревая трубка, гидропаровая турбина и установка прямого преобразования энергии. [2]
    Виды альтернативных источников энергии
    В мире активно используются альтернативная энергия четырёх видов: солнечная, ветряная, геотермальная и энергия волн. Эти виды энергии и будут рассматриваться далее
    Существуют два наиболее популярных способа преобразования солнечной энергии: фотовольтаика и гелиотермальная энергетика. Фотовольтаическая система – уникальный вид получения электричества, посредством попадания дневного света на панели. Принцип выработки электричества основан на Фотовольтаическом эффекте. При прохождении света через поверхность вещества, электроны начинают перемещаться между анодом и катодом внутри панели. Как правило, панели состоят из нескольких слоёв полупроводниковых материалов. Чем больше концентрация света, тем больше выработка электричества. Данный вид преобразования солнечной энергии применяется в автономной системе энергоснабжения на основе солнечных батарей.

    Гелиотермальная энергетика позволяет трансформировать солнечное излучение в электрическую или тепловую энергию с применением трёх технологий:

    Первая технология одна из самых распространённый вариант снабжения теплом это использование солнечных коллекторов. Их располагают в неподвижном состоянии так, чтобы нагрев был максимально эффективный. Самым эффективным теплоносителем является воздух, вода или антифриз. Производится нагрев вещества на 45-50 С° выше температуры окружающей среды. Всё это происходит в коллекторе.

    Вторая технология превращает солнечную энергию в электрическую с помощью солнечных батарей на основе кремния.

    Третья технология основана на трансформации солнечной радиации в электрическую, используя зеркала, для концентрации лучей в одной точке [5]

    Сильные стороны солнечной энергии:
    неисчерпаемость – по прогнозам учёных наше солнце будет светить ещё как минимум 6,5 млрд. лет;
  • бесшумность – позволяет строить солнечные станции вблизи населённых пунктов, а значит, ближе к потребителю вырабатывать необходимую мощность для обеспечения населения электроэнергией.
    Слабые стороны солнечной энергии:
    высокая стоимость конструкций. Дорогие фосфорные панели, аккумуляторы, инверторы
  • относительная экологичность – сегодня при изготовлении солнечных батарей используются вредные вещества, которые тем или иным образом могут навредить природе. Уже готовые фотоэлементы содержат ядовитые вещества, такие как свинец, кадмий, галлий, мышьяк. Срок службы солнечных батарей 30–50 лет, поэтому возникает проблема последующей переработки модулей, а решение вопроса их утилизации до сих пор не найдено
  • зависимость от погоды и времени суток – как правило, зимой и в пасмурные дни выработка тока снижается в 3–10 раз
  • низкий КПД – пока что КПД солнечных фосфорных плит в среднем не выше 24 % [9]
    Ветроэнергетика использует воздушный потока проходящий через ветряные турбины для выработки механической энергии, которая обеспечивает вращения электрических генераторов. Ветряные электростанции состоят из множества отдельных ветряных турбин, которые подключены к сети передачи электроэнергии.

    Электростанции, которые используют наземный ветер могут составить конкуренцию угольным или газовым электростанции. Использование прибрежного ветра, который более устойчив и силен, чем на суше, затрудняется тем, что затраты на строительство и обслуживание велики. Небольшие ветряные электростанции на суше могут подавать некоторую энергию в сеть или обеспечивать электроэнергией изолированные места вне сети. Энергия ветра дает переменную мощность, которая очень стабильна из года в год, но имеет значительные колебания в течение более коротких временных масштабов. Поэтому она используется в сочетании с другими источниками электроэнергии для обеспечения надежного питания. [7]

    Воздействие энергии ветра на окружающую среду по сравнению с воздействием ископаемого топлива на окружающую среду относительно невелико. По сравнению с другими низкоуглеродистыми источниками энергии, ветряные турбины имеют один из самых низких потенциалов глобального потепления на единицу произведенной электрической энергии. Хотя ветряная электростанция может занимать большую площадь земли, многие виды землепользования, такие как сельское хозяйство, совместимы с ней. [4]
      Различают пять основных типов геотермальной энергии:
      нормальное поверхностное тепло Земли на глубине от нескольких десятков до сотен метров;
    1. гидротермальные системы, то есть резервуары горячей или теплой воды, в большинстве случаев самовыливной;
    2. парогидротермальные системы – месторождения пара и самовыливной пароводяной смеси;
    3. петрогеотермальные зоны или теплота сухих горных пород;
    4. магма (нагретые до 1300°С расплавленные горные породы).
      Среди месторождений глубинной теплоты Земли существуют термоаномальные зоны месторождений теплоты, которые имеют повышенный геотермальный градиент в водонасыщенных проникающих горных породах. Таким образом, проявлением геотермальной теплоты, имеющей практическое значение, являются запасы горячей воды и пара в подземных резервуарах на относительно небольших глубинах и гейзеры, которые выходят на поверхность.

      Геотермальные воды классифицируют по температуре, кислотности, уровню минерализации, жесткости.

      Пригодности геотермальных источников в большей мере определяется их природной температурой, согласно которой они подразделяются на низкотермальные воды с температурой 40–70°С; среднетермальные воды с температурой 70–100°С; высокотермальные воды и пар с температурой 100–150°С; парогидротермы и флюиды с температурой выше 150°С.

      Геотермальные электростанции (геоТЭС) имеют ряд особенностей:
      излишек энергоресурсов, что обеспечивает использование полной установленной мощности оборудования геоТЭС;
    5. простой уровень автоматизации;
    6. в случае аварии, пострадает только территория станции;
      ГеоТЭС можно разделить на три основных типа:
      станции, работающие на месторождениях сухого пара;
    7. станции с парообразователем, работающие на месторождениях горячей воды под давлением;
    8. станции с бинарным циклом, в которых геотермальная теплота передается вторичной жидкости (например фреону или изобутану) и происходит классический цикл Ренкина.
      При комбинированных схемах использования геотермальных источников как теплоносителя для подогрева воды и выработки электроэнергии на тепловых электростанциях можно достичь наибольшего эффекта, что обеспечивает значительную экономию топлива и вдет к росту к.п.д. преобразования низкопотенциальной энергии. Такие комбинированные схемы позволяют использовать для выработки электроэнергии теплоносители с начальными температурами свыше 70–80°С.[6]
        Энергия волн океана — энергия, переносимая волнами на поверхности океана, неисчерпаемый источник энергии.

        Мощность волнения оценивают в кВт на погонный метр, то есть в кВт/м. Энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью по сравнению с ветровой и солнечной. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м.

        К положительным факторам волновой энергии относятся значительный суммарный потенциал, увеличение мощности в осенне-зимний период, когда растет потребление электроэнергии, а к недостаткам – ее прерывистость.

        Разные страны эксплуатируют большое количество навигационных буев, использующих энергию волн. В 1985 г. в Норвегии были введены в строй и подключены к энергосистеме две первые в мире опытно-промышленные волновые электростанции. [8]

        Волновые гидроэнергетические установки имеют три основных части – рабочего тела (или водоприемника), силового преобразователя с генератором электроэнергии и системы крепления.

        Рабочее тело (твердое, жидкое или газообразное), контактируя с водой, перемещается под действием волн или изменяет тем или иным образом условия их распространения.

        Силовой преобразователь преобразует энергию, запасенную рабочим телом, в энергию, пригодную для передачи на расстояние или для непосредственного использования. В качестве силовых преобразователей могут применяться гидравлические и воздушные турбины, водяные колеса, зубчатые или цепные передачи и другие устройства.

        Система крепления обеспечивает удержание на месте волновой установки.

        Различные типы волновых установок отличаются той составляющей энергии ветровых волн (разновидностью кинетической или потенциальной энергии), которую рабочее тело установки преобразует в другой вид энергии.

        Одна из наиболее эффективных электростанций – пневматическая волновая электростанция. Основной частью такой установки является камера, нижняя открытая часть которой погружена под наинизший уровень воды (ложбину волны). Поднятие и опускании уровня воды в море в камере вызывает циклическое сжатие и расширение воздуха, движение которого через систему клапанов приводит во вращение воздушную турбину.

        Одна из успешнейших на данный момент попыток эффективно перерабатывать энергию океанских волн – волновая электростанция «Oceanlinx» в акватории города Порт-Кембл (Австралия). Она была введена в эксплуатацию еще в 2005 году, затем была демонтирована для реконструкции и переоборудования и только в начале 2009 г. вновь запущена в действие. [9]

        Принцип ее работы заключается в том, что проходящие через нее волны толчками заполняют водой специальную камеру, вытесняя содержащийся в этой камере воздух. Сжатый воздух под давлением проходит через турбину, вращая ее лопасти. Из-за того, что направление движения волн и их сила постоянно меняются, на станции «Oceanlinx» используется турбина Denniss-Auld c регулируемым углом поворота лопастей. Одна силовая установка станции «Oceanlinx» обладает мощностью (в пиковом режиме) от 100 кВт до 1,5 МВт. Установка в Порт-Кембла поставляет в электросеть города 450 кВт электричества. [6]

        Заключение


        Использование альтернативных источников энергии распространено в странах, которые получают государственную экономическую и законодательную поддержку. Лидерами в развитии "зеленой" энергии на сегодняшний день являются Китай, Дания, Кения, Индия и Исландия.

        Россия планирует к 2020 году увеличить долю альтернативных источников энергии до 4,5 %, а Китай до 16 %.

        Альтернативные источники энергии становятся все более конкурентоспособными в следующих секторах энергетики: производство электроэнергии; теплоснабжение; комплексное энергоснабжение автономных потребителей. Но из-за того, что альтернативные источники энергии, характеризуются нестабильностью энергетического потенциала (непостоянностью скорости ветра и различной интенсивностью падающего света и др.), они используются в комбинации с друг другом и с традиционными источниками энергии, а также с системами аккумулирования на основе водорода, это повышает их эффективность и обеспечивает бесперебойное энергоснабжение потребителей.

        Из этого следует, что дальнейшее развитие альтернативных источников энергии позволит снизить количество выделяемого углекислого газа в атмосферу и влияние других вредные факторов, что положительно скажется на окружающей среде. А также, обеспечить человечество электроэнергией, если природные ископаемые – газ, нефть и уголь – закончаться.

        Литературный обзор

      1. Дыкусова А. Г., Кравец А. А. Возобновляемые источники энергии: перспективы развития и финансирования //Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. – 2017. – Т. 7. – №. 1 (20).

      2. перейти в каталог файлов


  • связь с админом