Учреждениеобразования:
БелорусскийГосударственный Педагогический Университет имени Максима Танка
Реферат
«Энергия и её виды. Закон сохраненияэнергии»
студентки 108 группы
факультетбелорусской филологии и культуры
Ткачевой О. С.
Минск,2007
Содержание:
1. Энергия и еёвиды. Альтернативные виды энергии
2. Закон сохраненияэнергии
a. Всеобщий характерзакона сохранения энергии
3. Списокиспользованной литературы
Энергияи её виды. Альтернативные виды энергии
В настоящее время во всем мире наблюдается повышенныйинтерес к использованию в различных отраслях экономики нетрадиционныхвозобновляемых источников энергии (НВИЭ). Ведется бурная дискуссия о выборепутей развития энергетики. Это связано, прежде всего, с растущей необходимостьюохраны окружающей среды.
Движущей силой этого процесса являются происходящиеизменения в энергетической политике стран со структурной перестройкойтопливно-энергетического комплекса, связанной с экологической ситуацией,складывающейся в настоящее время как переходом на энергосберегающие иресурсосберегающие технологии в энергетике, так и в промышленности и вжилищно-гражданском комплексе.
Ежегодно в мире увеличивается число международныхсимпозиумов, конференций и встреч ученых и специалистов, рассматривающихсостояние и перспективы развития этого направления энергетики.
Значительное внимание этой проблеме уделяетсяорганизациями, входящими в ООН, такими как ЮНЕСКО, ЕЭК, ЮНЕП, ЮНИДС, а такжедругими межправительственными и неправительственными международнымиорганизациями. Выделяются значительные средства на работы в области НВИЭ изцелевых ассигнований ЕЭС, Европейского фонда национального развития, Евроатомаи других организаций.
Приближающаяся угроза топливного “голода”, а такжезагрязнение окружающей среды и тот факт, что прирост потребности в энергиизначительно опережает прирост ее производства, вынуждает многие страны с новыхпозиций обратить внимание на энергию солнечных лучей, ветра, текущей воды,тепла земных недр, то есть на энергию, большая часть которой растворяется впространстве, не принося ни вреда, ни пользы.
В настоящее время на производство тепла иэлектричества расходуется ежегодно количество тепла, эквивалентное примерно1000 трлн. баррелей нефти, сжигание которых сильно засоряет атмосферу Земли.
Опыт.
В 1990 г. первое место по объему бюджетных ассигнований наНИОКР в области НВИЭ сохранялось за США, второе – у Японии, у германии –третье, далее следуют Италия, Испания, Великобритания и Нидерланды. Отмечаетсятакже некоторая смена приоритетов в отношении к различным видам НВИЭ. Первоеместо принадлежит теперь солнечной энергетике, второе – биоэнергетике, котораянесколько оттеснила ветроэнергетику. Последнее объясняется тем, что многиеветроэнергетические проекты не доведены до промышленной и коммерческой стадии.Третье место осталось за геотермальной энергетикой.
В “Белой книге” ООН (1992 г.), посвященной ролиНВИЭ приведена оценка удельных затрат на строительство энергетических установокна нетрадиционных возобновляемых источниках энергии.
Ожидаемая стоимость в долларах 1 кВт установленноймощности в 1998 г.оценивается: для ТЭС на угле мощностью 300 МВт – 2283, для группыветроустановок мощностью 75 МВт – 1434. Для электростанций на биомассемощностью 40 МВт – 7085, ГеоТЭС мощностью 113 МВт – 1527, солнечныеэлектростанции модульного типа мощностью 30 МВт – 4497, фотоэлектрическиестанции мощностью 100 МВт – 3800 МВт – 4200. Доля НВИЭ в мировомтопливно-энергетическом балансе мира в 1985 г. составила 17,6%, в том числегидроэнергия 5,8% (доля среди НВИЭ 33%), биомасса из природных источников иэнергетических плантаций – 10,3% (58% всех НВИЭ), отходы сельского хозяйства –1,2%. Ожидается, что к 2000 г.вклад НВИЭ возрастет до 4807 млн. т. условного топлива, при этом гидроэнергиясоставит 26%, солнечная энергия 6%, древесное топливо 49%, отходы 15%, энергияветра 1,8%. К 2020 г.при общем потреблении НВИЭ примерно 6944 млн. т. условного топлива, доляразличных источников составит соответственно 25; 9,6; 42 и 13,3%.
Учитывая все более обостряющиеся проблемы защитыокружающей среды, сделана попытка оценки предельных значений возможногоиспользования энергии. В одном из прогнозов отмечается, что для предотвращениякатастрофического загрязнения окружающей среды и сохранения разнообразиябиологических вдов на Земле потребление энергии на одного человека в среднем недолжна превышать 80 ГДж/год.
В настоящее время в США оно составляет 280, вВеликобритании 150 ГДж.
В одном из прогнозов, разработанных в Испании,проведена оценка возможного потенциала использования НВИЭ в мире. Техническийгидропотенциал мира оценен в 1350 ГВт.
По прогнозу развития использования НВИЭ, выполненномув США указывается, что ресурсы НВИЭ в США более чем в 500 раз превышают объемыих потребления и более чем в 10 раз ресурсы органического и ядерного топлива.
К 2030 г. НВИЭ могут дать энергию, эквивалентную 50-70современного уровня потребления энергии. НВИЭ, преимущественно биомасса игидроресурсы, удовлетворяют сейчас примерно 20% мировой потребности в энергии,а энергия биомассы – 35% энергетических потребностей развивающихся стран.
Гидроэнергия и биомасса удовлетворяют более 50%энергетических потребностей Норвегии. В промышленно развитых странахпотребность в низкотемпературном тепле составляет 30-50% общей потребности вэнергии, а в развивающихся странах – еще больше. Через несколько десятилетий спомощью солнечной энергии будет производиться нагрев почти всей требующейсяводы, а пассивные системы отопления и охлаждения зданий снизят потребность вэнергии для этих целей примерно на 80%.
На Кипре, в Израиле, Японии и Иордании 25-65% потребностив горячей воде обеспечивают гелиотермические установки.
В конце 1989 г. мощность электрогенерирующих установок в странах ЕСна НВИЭ составила 1718 МВт. Например, в Португалии мощность установок набиомассе составила 201 МВт, на городских и промышленных отходах в Германии –194, В Нидерландах — 164 МВт. В Италии мощность геотермальных установоксоставила 521 МВт (всего в странах ЕС 559 МВт). Франция – единственная страна,обладающая крупной электростанцией 240 МВт. Дания обладает 77% (253 МВт) всех ветроустановокЕС, Нидерланды – 40 МВт.
В странах ЕС реализовалась третья четырехлетняяпрограмма в области НВИЭ (1990 – 1994 гг.), принципиальной целью которойявлялось повышение конкурентоспособности Европейской промышленности высокихтехнологий на мировом рынке, в сравнении с промышленностью США и Японии.
Важнейшим достижением первых двух программ НИОКР былипризнаны разработка проекта солнечной электростанции башенного типа,строительство 15 гелиоэнергетических установок мощностью 30 – 300 кВт внедрениетехнологий по использованию энергии биомассы и геотермальной энергии.
В мире эксплуатируется свыше 100 тыс.ветроэнергетических установок общей мощностью 2500 МВт, в том числе более 16тыс. в США.
Согласно прогнозу МИРЭС, на долю НВИЭ в 2020 г. будет приходиться1150 – 1450 млн. т условного топлива (5,6 – 5,8% общего энергопотребления). Приэтом прогнозируемая доля отдельных видов НВИЭ составит: биомасса – 35%,солнечная энергия – 13%, гидроэнергия – 16%, ветроэнергия – 18%, геотермальнаяэнергия – 12%, энергия океана – 6%.
Ветер.
Ветер – один из нетрадиционных источников энергии.Ветер рассматривается специалистами как один из наиболее перспективныхисточников энергии, способный заменить не только традиционные источники, но иядерную энергетику.
Выработка электроэнергии с помощью ветра имеет рядпреимуществ:
· Экологическичистое производство без вредных отходов;
· Экономиядефицитного дорогостоящего топлива (традиционного и для атомных станций);
· Доступность;
· Практическаянеисчерпаемость.
В ближайшем будущем ветер будет скорее дополнительным,а не альтернативным источником энергии. По оценкам зарубежных специалистов (вчастности США), достаточная конкурентноспособность ветроэнергетическихустановок (ВЭУ) по сравнению с традиционными типами электростанций может бытьобеспечена при сокращении стоимости ВЭУ примерно в два раза и повышении ихнадежности в 3-5 раз. Во многих странах мира (США, ФРГ, ДАНИЯ, ИТАЛИЯ,ВЕЛИКОБРИТАНИЯ, НИДЕРЛАНДЫ и др.) ассигнуются значительные государственныесредства на НИОКР в области создания ВЭУ. Особое внимание при проведении этихработ уделяется повышению надежности установок, их безопасности, снижению шума,уменьшению помех теле — и радиокоммуникаций.
В настоящее время можно выделить следующие сановныенаправления использования энергии ветра:
Непосредственная выработка механической или тепловойэнергии (ветротепловые, ветронасосные, ветрокомпрессорные, мельничные и т.п.установки);
Удовлетворение потребностей в электроэнергии мелкихпредприятий, фирм, учреждений и т.п.
По данным ООН к 2000 г. доля новых и возобновляемых источниковэнергии составит более 13% энергоресурсов и будет эквивалентна использованиюпримерно 1 млрд. т нефти, что немногим меньше доли природного газа и более чемв два раза превосходит долю ядерной энергии.
Использование энергии ветра.В Дании в 1994 г. действовало приблизительно 3600ветровых энергетических установок (ВЭУ), обеспечивая 3% общей потребности вэлектроэнергии. В Калифорнии (США) действует 15 000 ВЭУ, обеспечивающихэлектроэнергией жителей Сан-Франциско. На конец 1993 г. в мире былоприблизительно 20 000 ВЭУ, вырабатывающих 3000 МВт/ч электроэнергии в год. В80-х годах удельная стоимость ВЭУ составляла 3000 дол/кВт, а стоимостьвырабатываемой электроэнергии более 20 центов/(кВт / ч). В дальнейшем за счетусовершенствования ВЭУ удельная стоимость снизилась до 1000-1200 дол/кВт, астоимость производимой электроэнергии до 7-9 центов/(кВт-ч). Для сравнения нановых ТЭС, работающих на газе и угле, она составляет 4-6 центов/(кВт-ч). Многиеамериканские и европейские компании, многие правительства успешно продвигаютветровую технологию, понимая ее значимость. Так, в Калифорнии в 1987 г. установленнаямощность ВЭУ составляла 13% по отношению к общей генерирующей мощности, а в 1990 г. — 24%.
В настоящее время наибольшее распространение получаютВЭУ мощностью 300-750 кВт по сравнению с ранее применявшимися ВЭУ мощностью100кВт. В новых конструкциях ВЭУ используется аэродинамический профильветрового колеса, изготавливаемого из синтетических материалов. Насыщается конструкциямногими электронными устройствами, включая контроль за изменением скоростиветра, обеспечивающими эффективность использования ветра. Новые конструкциилучше приспособлены к режиму ветра, в 1994 г. стоимость вырабатываемой электроэнергииуже составила 4-5 центов/(кВт-ч).
В США планируется использовать энергию ветра (кромеКалифорнии) в штатах Миннесота, Монтана, Нью-Йорк, Орегон, Техас, Вермонт,Вашингтон, Висконсин и др. ВЭУ занимают в настоящее время 0,6% площади страны.При использовании ветра в 48 штатах может быть выработано до 20% потребности в энергииСША. Теоретические расчеты показывают, что в трех штатах: Северная и ЮжнаяДакота и Техас потребность в электроэнергии может быть полностью обеспечена засчет энергии ветра.
В Северной Германии стоимость вырабатываемой ВЭУэлектроэнергии составляет 13 центов/(кВтч). Предполагалось к 1995 г. ввести вэу общеймощностью 500 МВт и уже в первой половине 1994 г. установленнаямощность ВЭУ составила 95 МВт.
В Дании общая мощность ВЭУ вскоре может достигнутьмощности ВЭУ Германии и Великобритании, вместе взятых и превысит 1000 МВт к 2005 г.
Европейский союз предполагает довести мощность ВЭУ до4000 МВт к 2000 г.и 8000 МВт к 2005 г.В середине 1994 г.в Европе уже было построено ВЭУ общей мощностью 1400 МВт и в 1995 г. эта цифра можетдостигнуть 2000 МВт.
В Индии наибольший ветряной бум, поддержанныйправительством, начался в 1994 г. Уже в середине 1994 г. было ведено в эксплуатацию 120 МВт и втечение последующих 12 мес. должно быть введено еще 970 МВт. В результатевыполнения этой программы в некоторых регионах Индии располагаемая генерирующаямощность возросла в десятки раз.
В Китае, Новой Зеландии, Швейцарии, Канаде и на Кубеофициально предполагалось в 1994 г. приступить к осуществлению проектов строительстваВЭУ.
На Украине с помощью американских фирмпредусматривается строительство ВЭУ общей мощностью 500 МВт.
Среди стран, которые еще имеют возможность развитияветроэнергетики, следует указать Аргентину, Канаду, Китай, Россию, Мексику,Южную Америку и Тунис, где возможно за счет энергии ветра покрывать до 20%потребности в электроэнергии.
Наконец, 20 малых субтропических стран, гдепотребности в электроэнергии удовлетворяются за счет дорогихдизель-генераторных установок, имеют возможность развивать использование ветра.
Развитие ветроэнергетики как источника энергии внекоторых странах сталкивается с противодействием. С одной стороны, ветровыефермы занимают большие площади. С другой стороны, возникают проблемы,связанные с изменением ландшафта при строительстве ВЭУ. Площади, занимаемыеВЭУ, могут быть использованы для сельскохозяйственных нужд. Стоимость 1 га земли в зависимости отрегионов может составлять от 100 до 2500 дол. и более. Опыт подсказывает, чтотребования сохранения эстетики в большинстве случаев могут быть решены.
Другой проблемой, связанной со строительством ВЭУ,возникшей в 1994 г.,стала потенциальная возможность гибели птиц на путях их миграции. Орнитологиуказывают, что некоторые пути миграции птиц проходят через площади, занимаемыеВЭУ. В связи с этим возникла необходимость провести научные исследования дляпонимания природы и масштабов проблемы. Эксперты надеются на успешное еерешение.
Немаловажными проблемами также являются влияние уровняшума, создаваемого установкой и влияние работы ВЭУ на системы радиосвязи.
Еще одной из проблем ветроэнергетики является то, чторегионы, благоприятные для использования энергии ветра, удалены от крупныхиндустриальных центров, а строительство новых линий электропередач потребуетзначительных затрат времени и средств. Так, по расчетам специалистов линияэлектропередачи для передачи мощностью 2000 МВт на 2000 км может стоить 1,5биллиона дол.
Солнце.
Солнечные электростанции. После энергетического кризиса 1973 г. правительствамистран и частными компаниями были приняты экстренные меры по поиску новых видовэнергетических ресурсов для получения электроэнергии. Таким источником в первуюочередь стала солнечная энергия. Были разработаны параболоцилиндрическиеконцентраторы. Эти устройства концентрируют солнечную энергию на трубчатыхприемниках, расположенных в фокусе концентраторов. Интересно, что в 1973 г. вскоре после началанефтяного эмбарго был сконструирован плоский концентратор, явившийся успехомнаучной и инженерной мысли. Это привело к созданию первых солнечныхэлектростанций (СЭС) башенного типа. Широкое применение эффективных материалов,электронных устройств и параболоцилиндрических концентраторов позволилопостроить СЭС с уменьшенной стоимостью — системы модульного типа. Началосьвнедрение этих систем в Калифорнии фирмой Луз (Израиль). Были подписаныконтракты с фирмой Эдисон на строительство в южной Калифорнии серии СЭС.
В качестве теплоносителя использовалась вода, аполученный пар подавался к турбинам. Первая СЭС, построенная в 1984 г., имела КПД 14,5%, асебестоимость производимой электроэнергии 29 центов/(кВт-ч). В 1994 г. фирма Лузреорганизована в компанию Солел, базирующуюся в Израиле, и продолжает успешноработать над созданием СЭС, ведет строительство СЭС мощностью 200 МВт, а такжеразрабатывает новые системы аккумулирования энергии. В период между 1984 и 1990 г. фирмой Луз былопостроено девять СЭС общей мощностью 354 МВт. Последние СЭС, построенные фирмойЛуз, производят электроэнергию по 13 центов/(кВт-ч) с перспективой снижения до10 центов/(кБт-ч). Д. Миле из университета Сиднея улучшил конструкциюсолнечного концентратора, использовав слежение за Солнцем по двум осям иприменив вакуумированный теплоприемник, получил КПД 25--30%.Стоимость получаемой электроэнергии составит 6 центов/(кВт-ч).
Строительство первой экспериментальной установки стаким концентратором начато в 1994 г. а Австралийском национальном университете, мощностьустановки 2 МВт. Считают, что подобная система будет создана в США после 2000 г. и она позволитснизить стоимость получаемой электроэнергии до 5,4 цента/(кВт-ч). При такихпоказателях строительство СЭС станет экономичным и конкурентоспособным посравнению с ТЭС.
Другим типом СЭС, получившим развитие, стали установкис двигателем Стирлинга, размещаемым в фокусе параболического зеркальногоконцентратора. КПД таких установок «может достигать 29%. Предполагаетсяиспользовать подобные СЭС небольшой мощности для электроснабжения автономныхпотребителей в отдаленных местностях.
ОТЭС.Вперспективе можно использовать для получения электроэнергии разностьтемпературы слоев воды в океане, которая может достигать 20°С. Станции на этойоснове (ОТЭС) находятся в разработке. Первый вариант подобной установкимощностью 5 МВт проектируется в Израиле. Меньшие по мощности установкидействуют в Австралии, Калифорнии и ряде других стран. Основная сложностьперспективы их использования — низкая экономичность и как следствие отсутствиекоммерческого интереса.
Фотоэнергетика.
Начиная с 70-х годов правительства индустриальныхстран израсходовали биллион долларов на разработки фотоэлектрическихпреобразователей. За последние 10 лет стоимость фотоэлектрическихпреобразователей снижалась и в 1993 г. достигла 3,5-4,75 дол/Вт, а стоимость получаемойэнергии 25-40 центов/(кВт/ч). Мировой объем производства с 6,5 МВт в 1980 г. увеличился до 29 МВтв 1987 г.и в 1993 г.составил более 60 МВт.
В Японии ежегодно выпускается 100 млн. калькуляторовобщей мощностью 4 МВт, что составляет 7% мировой торговли фотоэлектрическимипреобразователями. Более 20 тыс. домов в Мексике, Индонезии, Южной Африке,Шри-Ланке и в других развивающихся странах используют фотоэлектрическиесистемы, смонтированные на крышах домов, для получения электроэнергии длябытовых целей.
Наилучшим примером использования таких систем являетсяДоминиканская республика, где 2 тыс. домов имеют фотоэлектрические установки,сконструированные в последние 9 лет. Стоимость такой установки 2 тыс. дол.
В Шри-Ланке израсходовано 10 млн. дол наэлектрификацию 60тыс. домов с помощью фотосистем. Стоимость установки мощностью50Вт, включающая фотопанель, источник света и аккумуляторную батарею,составляет 500 дол.
В будущем стоимость ycтaновки для малых систем будетснижаться, например установки с люминесцентными лампами. В Кении в течениепоследних лет 20 тыс. домов электрифицировано с помощью фотосистем по сравнениюс 17 тыс. домами, где за это же время введено централизованноеэлектроснабжение. В Зимбабве за счет кредита в 7 млн. дол, выделенного в 1992 г., будетэлектрифицировано 20 тыс. домов в течение 5 лет. Мировым банком выделен кредитв 55 млн. дол. для электрификации 100 тыс. домов в Индии фотосистемами. В СШАстоимость 1 кмраспределительных электросетей составляет 13-33 тыс. дол. Контракт на установкумощностью 500 МВт, включающую электроснабжение дома, освещение, радио,телевидение и компьютер, составляет не менее 15 тыс. дол. (включаяаккумуляторную батарею). Уже имеется 50 тыс. таких установок в городах и ежегодностроится около 8 тыс. установок. Среди индустриальных стран кроме США такжелидируют в использовании фотосистем в домах Испания и Швейцария.
Если даже ежегодно в мире будет снабжатьсяфотосистемами 4 млн. домов (1% тех, что электрифицируются ежегодно), то общаяустановленная мощность фотосистем составит всего 200 МВт, что в 4 раза меньшемирового производства их в 1993 г. Если производство фотосистем достигнет ежегодно 1%общей продажи энергии в мире, то их производство по сравнению с современнымуровнем должно возрасти десятикратно, а увеличение до 10% этой продажи приведетк стократному росту производства фотосистем.
Для успешного внедрения фотосистем их удельнаястоимость должна быть снижена в 3-5 раз прежде, чем появятся крупныеэнергосистемы.
Половина продажи кремния приходится на монокристаллы,поликристаллическая модификация также имеет большое будущее. Большое будущеебудут иметь тонкопленочные системы, в частности на основе аморфного кремния.Некоторые образцы фотоэлектро-преобразователей на основе аморфного кремнияимеют КПД 10%, удельную стоимость 1 дол/Вт, стоимость получаемой электроэнергии10-12 центов/(кВт/ч) — это ниже, чем была ее стоимость в 1993 г. Имеется перспективаснижения стоимости к 2000 г.до 10 центов/(кВт /ч) и до 4 центов/(кВт /ч) к 2020 г.
Итак, фотоэнергетика может стать ведущим источникомэнергии мировой большой индустрии. Это подтверждают сделанные в 1994 г. разработки, считаютэксперты. В результате создания новых технологий и повышения техническогоуровня продукции может быть преодолен барьер для внедрения фотоэлектрическихсистем, связанный с высокой их стоимостью. Так, по инициативе корпорации Енронведется разработка фотоэлектрической станции мощностью 100 МВт длястроительства в Неваде, на которой стоимость вырабатываемой электроэнергиисоставит 5,5 цента/(кВт/ч).
Основными технологическими решениями по использованиюэнергии являются: превращение солнечной энергии в электрическую и получениетепловой энергии для целей теплоснабжения зданий.
Прямое использование солнечной энергии в условияхКрыма, для выработки в настоящее время электроэнергии, требует большихкапитальных вложений и дополнительных научно-технических проработок.
В 1986 г. вблизи г. Щелкино построена первая в мире солнечнаяэлектростанция (СЭС-5) мощностью 5 тыс. кВт. К 1994 г. она выработала около2 млн. кВт. час электроэнергии. Эксперимент с СЭС показал реальностьпреобразования солнечной энергии в электрическую, но стоимость отпускаемойэлектроэнергии оказалась слишком высокой, что в условиях рыночной экономикиявляется малоперспективным.
Перспективность применения фотоэлектрического методапреобразования солнечной энергии обусловлено его максимальной экологическойчистотой преобразования, значительным сроком службы фотоэлементов и малымизатратами на их обслуживание. При этом простота обслуживания, небольшая масса,высокая надежность и стабильность фотоэлектропреобразователей делает ихпривлекательными для широкого использования в Крыму.
Основными задачами по широкому внедрениюфотоэлектрических источников питания являются:
· разработканаучно-технических решений по повышению КПД фотоэлементов;
· -применениевысокоэффективных фотоэлементов с использованием концентраторов солнечногоизлучения.
Геотермальнаяэнергия.
За прошедшие 15 лет производство электроэнергии нагеотермальных электростанциях (ГеоТэс) в мире значительно выросло. Работы поизучению геотермальных источников и созданию прогрессивных систем дляизвлечения и практического использования геотермальной энергии ведутся вУкраине и многих зарубежных странах. В последние два десятилетия выполнялисьобширные программы научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологическихработ в этом направлении. Накоплен также определенный опыт создания имноголетней эксплуатации опытно-промышленных и промышленных геотермальныхустановок различного назначения.
Разработка и освоение интенсивных технологийизвлечения теплоносителя и создания эффективных систем использования теплотынедр является главной научной и инженерно-технической проблемой энергетики. Безсоздания таких технологий и установок нельзя рассчитывать на широкомасштабноеиспользование этого энергоисточника.
Энергиябиомассы
Большие возможности в собственном энергообеспечениисельскохозяйственных предприятий и экономии ТЭР заложены в использовании энергииотходов сельхозпроизводства и растительной биомассы. В сельскохозяйственномпроизводстве в качестве источников тепла можно принять любые растительныеотходы, непригодные для использования по прямому назначению или не нашедшиеиного хозяйственного применения.
За последнее время использование биомассы в различныхее формах (дерево, древесный уголь, отходы сельскохозяйственного производства иживотных) в мире в целом снизилось.
Однако в развивающихся странах этот вид энергоресурсовсоставляет в среднем 20%. При этом в ряде стран Африки использование биомассыдля энергетических целей равно примерна 60% общего энергопотребления, вазиатских странах- 40%, в странах Латинской Америки 0 до 30% и в ряде странЕвропы, Ближнего Востока и Скверной Африки до 10%.
В ряде стран использование древесного топлива,древесного угля и сельскохозяйственных отходов поставлено на коммерческуюоснову. Следует отметить, что в сельских районах бывшего СССР доляиспользования древесного топлива весьма значительна и при переходе на новыеэнергоносители можно ожидать определенного роста самозаготовок.
Указанное особенно важно в странах с тропическимклиматом и в крупных городах, где проблема ликвидации и одновременноэнергетического использования отходов играет особенно важную роль. За прошедшие10 дет только три страны – США, Дания и Швеция довели производство электроэнергии,но установках, использующих биомассу отходов до 400 МВт.
Значительное развитие получила переработка биомассы,основанная на процессах газификации, теролиза и получения жидких топлив.Начиная с 1980 г.ежегодное производство этанола достигло, например, в Бразилии, 10 млн.л.
При переработке биомассы в этанол образуются побочныепродукты, прежде всего – промывочные воды и остатки перегонки. Последниеявляются серьезным источником экологического загрязнения окружающей среды.Представляют интерес технологии, которые позволяют в процессе очистки этихотходов получать минеральные вещества, используемые в химическойпромышленности, а также применять их для производства минеральных удобрений.
Теплотворная способность сжигания 1 т сухого веществасоломы эквивалентна 415 кгсырой нефти, теплотворность 1 кг пшеничной соломы и сухих кукурузных стеблей равна15,5 МДж, соевой соломы — 14,9, рисовой шелухи — 14,3, подсолнечной лузги — 17, 2 МДж. По этому показателю растительные отходы полеводства приближаются кдровам — 14,6-15,9 МДж/кг и превосходят бурый уголь — 12,5 МДж/кг.
Получение промышленного биогаза растительного иживотного происхождения возможно за счет их сбраживания (метанового брожения) сполучением метана и обеззараженных органических удобрений. Теплотворнаяспособность 1 куб. мбиогаза, состоящего из 50-80% метана и 20-50% углекислого газа, равна 10-24 МДжи эквивалентна 0,7-0,8 кгусловного топлива.
Проблемы утилизациитвердых бытовых отходов (бытового мусора) остро стоят перед всеми странами.Выход мусора составляет 250-700 кг на душу населения в год, увеличиваясь на 4-6% в год,опережая прирост населения.
Решение проблемы переработки мусора найдено виспользовании технологии твердофазного сбраживания на обустроенных полигонах сполучением биогаза. Эта технология самая дешевая, не оперирует с токсичнымивыбросами и стоками.
В настоящее время в мире действуют десятки установокдля получения биогаза из мусора с использованием его в основном дляпроизводства электроэнергии и тепла суммарно мощностью сотни МВт. Решаетсявопрос возврата для использования под застройку земель после извлечения газа.Создана модульная биоэнергетическая установка “КОБОС”. С ее помощью могут бытьпереработаны отходы фермы крупного рогатого скота на 400 голов и свинофермы на3000 голов. Комплекс оборудования обеспечивает подготовку, транспортировку,сбраживание навозной массы, сбор биогаза и управление процессом.
Биогаз частично сжигается в топках котлов,подогревающих техническую воду, частично подается в дизель-генератор.Перебродившая навозная масса используется в качестве полноценногоорганоминерального удобрения. Выход биогаза составляет 500 м куб/сут.
ВИЭСХом разработан анаэробный биофильтр,предназначенный для производства биогаза из сточных вод сельскохозяйственногопроизводства и коммунального хозяйства, пищевой и микробиологическойпромышленности.
В последние годы в связи с лавинообразным накоплениемизношенных автомобильных шин, особенно в учетом ужесточения требований по иххранению (на ряде свалок возникли пожары (которые не удавалось потушитьгодами), активно развивается технология их сжигания.
Биогаз с высокой эффективностью можеттрансформироваться в другие виды энергии, при этом коэффициент его полезногоиспользования в качестве топлива на газогенераторах может составлять до 83%.Производство биогаза в некоторых зарубежных странах уже заняло ведущееположение в энергетическом балансе сельскохозяйственного производства.
Волноваяэнергия.
Основной источник возобновляемой энергии – солнце.Второй по величине – Мировой океан, являющийся одновременно и природнымконцентратором солнечной энергии. Формы аккумуляции энергии в океанеразнообразны. Энергетические источники океана имеют различные по потенциалуресурсы. Значительные энергетические возможности заключают в себе: тепловаяэнергия океана, течения и волны, приливы, перепады солености, биомасса.
Исследования дают основание сделать вывод, что волны всравнении с другими возобновляемыми источниками энергии океана обладаютдовольно хорошими показателями, что позволит в будущем эффективно использоватьих энергию.
Каждая волна моря, направляющаяся к берегу, несет ссобой огромную энергию (например, волна высотой в 3 м несет около 90 кВт мощностина 1 мпобережья). В настоящее время имеются реальные инженерные и техническиевозможности для эффективного преобразования волновой энергии в электрическую.Однако надежные волноустановки пока не разработаны. Опыт использования волновыхэлектростанций уже имеется и в СНГ, и в других странах мира.
В перспективе энергию морских волн можно вовлечь вобщий баланс энергетических ресурсов, используемых человеком в хозяйственнойдеятельности.
Закон сохранения энергии
Приращение потенциальной энергий брошенного вверх телапроисходит за счет убыли его кинетической энергии;при падении тела, приращениекинетической энергии происходит за счет убыли потенциальнойэнергии, так что полная механическая энергия тела не меняется. Аналогично, еслина тело действует сжатая пружина, то она можетсообщить телу некоторуюскорость, т. е. кинетическую энергию, но при этомпружина будет распрямляться, и ее потенциальнаяэнергия сбудет соответственно уменьшаться; суммапотенциальной и кинетической энергий останется постоянной. Если н