Альтернативная энергетика
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное
агентство по образованию
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский
государственный технический университет»
РЕФЕРАТ
на тему «Альтернативная энергетика»
по дисциплине «Введение в направление»
Проверил: Выполнил:
проф. Щинников П.А. студент
Сухоруков Д.А.
группа ТЭ-52
Отметка о защите
________________
Новосибирск, 2009
Введение
«Пусть не напрасно греет и светит солнце.
Пусть не напрасно течет вода и бьют волны о берег.
Надо отнять у них дары природы и покорить их,
Связав по своему желанию»
Данте Алигьери
(1265-1321)
О,
как был прав этот итальянский поэт, произнося эти слова. Ведь природа таит в
своих кладовых такое громадное количество энергии. Нефть, уголь и природный
газ-это не маловажные, но отнюдь не единственные источники на Земле. И к тому
же они имеют свойство заканчиваться. Что и происходит. А ведь существует не
мало альтернативных источников энергии, таких как энергия ветра, солнца, тепла
Земли, гидроэнергия и прочее. В европейских странах небольшие города
практически полностью обеспечиваются электро - энергией, полученной, например,
от ветроустановок или от солнечных батарей. И это не фантастика. Работы в этом
направлении ведутся уже многие годы и достигнуты не малые успехи. У
нетрадиционной энергетики немало противников, но альтернативные источники
энергии внедряются в энергосистему все глубже и глубже. И несомненно, что рано
или поздно нетрадиционные и возобновляемые источники энергии займут свое
достойное место.
Одной
из фундаментальных проблем, стоящих перед человечеством, является
энергетическая проблема. В настоящее время основными источниками энергии
являются уголь, нефть и газ. Их прогнозные ресурсы оцениваются, соответственно,
в 15 трлн т,500 млрд. т и 400 трлн м
,при разведанных
запасах 1685 млрд т,137 млрд т и 140 трлн м.При
современном уровне добычи разведанных запасов угля хватит на 400 лет, нефти на
42 года и газа на 61 год. Часть прогнозных ресурсов так же будет освоена, но
стоимость их добычи будет постоянно расти. [1]
Стоимость
будет расти, а сами ресурсы будут медленно, но верно сокращаться, ведь уголь,
нефть и газ-это не возобновляемые источники энергии и рано или поздно они
закончатся. Следовательно, мы должны использовать их рационально, стараться
экономить. Альтернативная энергетика может помочь нам это сделать. Именно
поэтому во многих странах мира ведутся исследования по расширению использования
альтернативных источников энергии-торфа, горючих сланцев, битумов,
нетрадиционных газов, энергии тепла земли, солнца, ветра, океана, биосинтеза и
др. В таблице 1 представлены альтернативные источники энергии, получившие
наибольшее распространение. [2]
Таблица 1
В
ряде стран в этом направлении достигнуты определенные успехи: из угольных
пластов добывается метан, работают солнечные, ветровые, гидротермальные
электростанции, из отходов вырабатывается биогаз, из биомассы получают моторное
топливо и т.д. Работы в этом направлении ведутся и в России. На рис. 1 показаны
районы с наиболее развитыми ВИЭ [2]
Многие
столетия основным источником энергии в мире являлись обыкновен-
-ные
дрова и другое растительное топливо. А чем же мы будем согревать и освещать
свои жилища завтра?...Давайте посмотрим.
2.Ресурсы альтернативной энергетики
2.1.Ветроэлектростанции.
Человек
пытался ''приручить'' ветер с незапамятных времен, и у него это получилось.
Парус-простое и гениальное изобретение. Люди пускались в плавания под парусами
и открывали новые страны, и даже материки. А как же ветер может послужить нам
сейчас? Может! И служит! Наверняка все мы слышали, а может, и видели ветряные
мельницы. Ветер дует, вращает лопасти, которые в свою очередь приводят во
вращение жернова и мы получаем муку. А ведь человек научился получать и
электроэнергию. На рис.2 показана схема устройства ветроколеса. [2]
Рис.2 Ветроколесо
Рис
3.Общий вид ветроустановки на 8 кВт.
Вращаясь,
ветроколесо, соединенное с валом электрогенератора приводит его во вращение и
вот мы уже получаем электроэнергию. Ветроустановки бывают различных типов и
конструкций, но наибольшее распространение получили крыльчатые ветродвигатели. Хорошие
аэродинамические качества крыльчатых ветродвигателей, конструктивная
возможность изготовлять их на большую мощность, относительно лёгкий вес на
единицу мощности – основные преимущества ветродвигателей этого класса.
Коммерческое применение крыльчатых
ветродвигателей началось с 1980 года. За последние 14 лет мощность
ветродвигателей увеличилась в 100 раз: от 20-60 кВт при диаметре ротора около 20 м в начале 1980 годов до 5000 кВт при диаметре ротора свыше 100 м к 2003 году. Некоторые прототипы ветродвигателей имеют еще большие мощность и диаметр ротора. За тот же период
стоимость генерируемой ветряками энергии снизилась на 80 % [2].
2.2.Геотермальная
энергетика.
В земной коре существует подвижный и чрезвычайно
теплоемкий
геосфер. Вода насыщает все породы осадочного
чехла. Она содержится в по-
родах гранитной и осадочной оболочек, а
вероятно, и в верхних частях ман-
тии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при темпера-
туре около 700 °С вода находится исключительно в
газообразном состоянии.
На глубине 50-60 км при давлениях около 3·104 атм. исчезает граница
фазово-
сти, т.е. водяной газ приобретает такую же
плотность, что и жидкая вода.
В любой точке земной поверхности, на
определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают
пласты горных пород,
содержащие термальные воды (гидротермы). В связи
с этим в земной коре
следует выделять еще одну зону, условно
называемую «гидротермальной
оболочкой». Она прослеживается повсеместно по
всему земному шару толь-
ко на разной глубине. В районах современного
вулканизма гидротермальная
оболочка иногда выходит на поверхность. Здесь
можно обнаружить не только горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и
парогазовые струи с
температурой 180-200° С и выше.
Подсчеты запасов термальных вод
основываются на имеющихся данных об объемах гравитационных вод, заключенных в
пластах, объемах самих
водоносных горизонтов и коллекторских свойствах
слагающих их горных
пород. Запасы термальных вод представляют собой
общее количество выявленных термальных вод, находящихся в порах и трещинах
водоносных горизонтов, имеющих температуру 40-200° С, минерализацию до 35 г/л и
глубину залегания до 3,5 тыс. м от дневной поверхности.
С развитием глубокого бурения на 10-15 км открываются многообещающие перспективы вскрытия высокотемпературных источников тепла. На таких
глубинах в некоторых районах страны (исключая вулканические) температура вод
может достигнуть 350° С и выше. [2]
2.3.Гидроэнергетика.
Гидравлическая энергия рек представляет собой
работу, которую совершает текущая в них вода. Человек издревле использовал эту
энергию. Он изобрел водяное колесо, которое служило приводом для разных
механизмов. А по прошествии столетий человек научился добывать из воды сотни
мегаватт электрической энергии. И это величайшее достижение. Ведь все мы знаем
о круговороте воды в природе. Следовательно, наши реки и моря будут всегда
пополняться и нести свои бурные воды в мировой океан. В настоящее время для
получения электроэнергии люди используют речной сток, энергию приливов и
отливов, энергию течений, энергию волн, тепловую энергию океана и еще массу вещей.
Наибольшие успехи достигнуты в использовании речного стока на
гидроэлектростанциях (ГЭС). ГЭС являются составной частью
электроэнергетических систем, а во многих случаях и водохозяйственных систем.
2.3.1.ГЭС.
Рис 4.Схема
ГЭС. [3]
В водохранилище перед плотиной содержаться
миллионы кубометров воды. Эта запасенная вода, необходимая для работы станции.
В здании ГЭС установлены гидро-машины, которые вращаясь под напором воды,
приводят в движение вал электрогенератора, на клеммах которого появляется
электроэнергия.
2.3.2.Энергия морских
приливов.
Периодические изменения уровня воды в морях и
океанах, называемые прили-вами и отливами, происходят под действием сил
притяжения в космической системе Земля-Луна-Солнце. Смена приливов и отливов
наблюдается на большинстве морских побережий 4 раза в сутки. Во время приливов
и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых
в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с.
Энергия приливных течений может быть
преобразована подобно тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование
энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно
маломощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае. Из современных ПЭС
наиболее хорошо известны крупномасштабная электростанция Ранс мощностью 240 МВт,
расположенная в эстуарии реки Ла Ранс (Бретань, Франция).
Преобразование энергии отливов и приливов
в электрическую на ПЭС происходит по следующей схеме.
Суженный створ пролива или устья реки
перегораживается путем сооружения здания станции и плотины. При этом образуется
бассейн, куда во время прилива вода поступает из моря, а при отливе - обратно.
Разность уровней воды в море и бассейне обеспечивает работу гидротурбин. При
выравнивании уровней воды в бассейне и море и сокращении напора ниже минимально
необходимого для работы турбин значения они останавливаются до следующего
восстановления напора во время прилива или отлива. На рис 5 показан принцип
действия ПЭС.
Рис 5.Принцип действия
ПЭС [4]
Высота, ход и периодичность приливов в
большинстве прибрежных
районов хорошо описаны и проанализированы
благодаря потребностям нави-
гации и океанографии. Поведение приливов может
быть предсказано достаточ - но точно, с погрешностью менее 4%. Таким образом,
приливная энергия
оказывается весьма надежной формой
возобновляемой энергии.
2.4.Гелиоэнергетика.
Общее количество энергии, идущей от Солнца к
Земле-123 трлн. т у.т. в год-в 3000 раз больше, чем энергия всех остальных
видов топлива.
Существуют два типа преобразования
солнечной энергии - в электричес - кую и тепловую. В свою очередь,
электроустановки бывают двух основных видов:
-солнечная энергия нагревает воду или другое
рабочее тело до парообразного состояния, пар направляется в турбину, вращающую
электрогенератор;
-солнечная энергия преобразуется непосредственно
в электрическую с помощью фотоэлементов. Наверняка каждый из нас пользовался
калькулятором на солнечной батарее или смотрел время по часам с солнечной
батарейкой. Это самый распространенный способ использования солнечной энергии.
А в эпоху борьбы за экологию и чистоту окружающего воздуха человек стал
изобретать машины, которые заряжаются от солнца и движутся без капли бензина. И
таких разработок в настоящее время все больше и больше. И не исключено, что
когда нибудь мы повсеместно перейдем на эту чистую и бесплатную энергию.
Конечно в этом вопросе еще много не ясного и не
понятного, но человек, ни за что не упустит такое количество бесплатной энергии
и доля электроэнергии полученной за счет солнца будет только расти.
Заключение
Несомненно, что в ближайшие десятилетия уголь,
нефть и газ будут основополагающими топливами для получения электрической и
тепловой энергии. И самая главная этому причина - их относительная простота
добычи и непосредственно использования в качестве топлива. В настоящем реферате
показаны некоторые альтернативные источники энергии, рассмотрены наиболее
распространенные и работоспособные схемы получения электрической энергии при
помощи солнца, ветра, морских течений и т.д. Все эти схемы опираются на реально
существующие и работающие установки. Так что сокращение потребления
органического топлива электростанциями для выработки электроэнергии не такая уж
и фантастика, а вполне осуществимая задача, в решении которой альтернативная
энергетика сыграет решающую роль.
Литература
1.
Голицын М. В. Альтернативные
энергоносители. – М.:Наука,2004.-159 с.
2.
Агеев В. А. Нетрадиционные и
возобновляемые источники энергии (курс лекций)
3.
Обрезков В. И. Гидроэнергетика. –
М.:Энергоиздат,1981.-608 с.
4.
Коробков В. А. Преобразование
энергии океана. – Л.:Судостроение,1986.