Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ»
РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ
«Пути развития альтернативной энергетики»
Студент: Коротков А.Н.
Группа: Р-27051
Преподаватель: Колясникова Н.Н.
Екатеринбург 2011
Оглавление
Введение
1. Предпосылки развития альтернативной энергетики(традиционная энергетика)
1.1 ГЭС (Гидроэлектростанции)
1.2 ТЭС (Тепловые электростанции)
1.3 АЭС (Атомные электростанции)
2. Виды альтернативной энергетики
2.1 Солнечная энергия
2.2 Потенциал вулканического тепла
2.3 «Приливные» территории мира
2.4 Энергосберегающий ветер
2.5 Геотермальные электростанции (ГеоТЭС)
Заключение
Список литературы
/>Введение
Как известно не малую часть загрязнения экосистемысостоит из продуктов переработки, сжигания, добычи таких видов топлива как: угол,нефть, газ — считаемых традиционными. Глобальный спрос на энергию увеличиваетсяпримерно на 3% в год — в 2025 году энергопотребление составит 22,8 млрд т у. т.Мировые запасы традиционных энергетических ресурсов, по оценкам специалистов, составляют:угля — более 1500 млрд тонн, нефти — 170 млрд т, газа — 172 трлн куб. м. По прогнозам,мировых запасов угля, нефти и газа при непрерывном росте промышленности как основногопотребителя энергетической отрасли хватит на 100 лет и более.
В течение многих лет человечество ищет замену традиционнымэнергоресурсам. В качестве альтернативных источников энергии предлагаются геотермальныеводы и недра планеты, водород и радиоактивные материалы, мощные потоки поверхностнойводы и многое другое. Но каждый из этих источников имеет свои недостатки, которыепорой не оправдывают их достоинства. Атомная энергия очень дорога и опасна, гидроэнергиятребует наличия текущей воды, а способы использования сейсмической энергии тольконачинают разрабатываться.
Существуют «традиционные» виды альтернативнойэнергии — энергия воды, Солнца, ветра, энергия морских волн, приливов и отливов,- без которых трудно представить энергетику ближайшего будущего. Но их использованиене дает достаточного результата, что бы отказаться от традиционных источников энергии,поэтому человечество продолжает искать другие способы заменить их.
В этой работе я перечислю и охарактеризую некоторые основныеальтернативные источники энергии, используемые человечеством, и выберем наиболееперспективный из них.
/>/>1. Предпосылки развития альтернативной энергетики (традиционнаяэнергетика)/>/>1.1 ГЭС (Гидроэлектростанции)
К числу основных возобновляемых источников энергииотносится гидроэнергетика. Экономический потенциал гидроэнергетики (без малой) вмире составляет около 8100 ТВт*ч в год. На сегодня доля гидроэнергии в общем производствеэлектроэнергии составляет 16%, в мировом топливном балансе — 6%. В мире действуютболее 7000 ГЭС общей мощностью 715 ГВт. Крупнейшими производителями являются Бразилия,Канада, США, Китай, Россия. В ближайшие годы в мире планируется строительство новыхгигантских ГЭС общей мощностью до 140 ГВт, что позволит увеличить производство гидроэнергиина 20%. Для многих стран малая и возобновляемая энергетика уже в настоящее времяявляется важным компонентом энергообеспечения. Она играет существенную роль в энергоснабженииДании, Исландии, Новой Зеландии, Канады, Германии, Норвегии, Испании и других стран.
За последние десятилетия устойчивое положение в мировойэлектроэнергетике заняла малая гидроэнергетика. В международной терминологии выделяютсямалые ГЭС мощностью от 1 до 10 МВт, мини-ГЭС мощностью от 100 кВт до 1 МВт и микро-ГЭСменее 100 кВт. Установленная мощность малых ГЭС от общей мощности в Китае 46%, вЯпонии 6%, в России 2%.
В России сегодня эксплуатируются около 300 малых ГЭСсуммарной мощностью 1 ГВт, планируется увеличение мощности малых и микро-ГЭС в 2015году до 2200 МВт. Ожидается, к 2020 году общая мощность малых ГЭС в мире увеличитсявдвое.
Однако развитие гидроэнергетики требует учета территориальныхаспектов. Строительства гидроэлектростанций является целесообразным и экономическивыгодным только для горных рек. В противном случае, при строительстве ГЭС на равнинныхреках, возникает ряд негативных последствий, как экономических, так и экологических.Наиболее серьезными и общими является:
затопление земель, изъятие их из хозяйственного оборота;
снижение скорости течения рек, замедление водообменаи самоочищения;
изменение микроклимата окружающей территории;
Подтопление берегов, заболачивание, развитие оползневыхпроцессов.
Перечень совершенных ошибок при строительстве ГЭС немал.Вот лишь несколько примеров, представляющих бедствия и экологические угрозы:
· ·Новосибирская ГЭС отсекла большую часть нерестилищ, резко снизивпромысловые уловы сибирского осетра; в 1999 г. он занесен в Красную книгу России;
· ·при строительстве Братской ГЭС в ложе водохранилища оставили строевуюсосну, которая стала разлагаться, превратив водохранилище в мертвый водоем;
· ·сооружение на Енисее Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС привело кнеобратимым процессам: изменению микроклимата региона, нарушению водного и тепловогобаланса реки. Прогретые массы водохранилищ не позволяют реке полностью покрытьсяльдом. Во время ледохода создаются заторы, перегораживающие реку по всей ширине,бомбежка которых малоэффективна. Каждый ледоход приносит местным жителям большиебеды;
· ·Иркутская ГЭС построена в сейсмически активной зоне; катастрофическоеразрушение плотины приведет к уничтожению ряда городов вдоль Ангары;
· ·многие города Сибири — Новосибирск, Красноярск, Иркутск и другие- находятся ниже водохранилищ с высокими плотинами. Природная катастрофа или диверсионныйвзрыв могут привести к уничтожающему наводнению./> 1.2 ТЭС (Тепловые электростанции)
Тепловая электростанция — электростанция, вырабатывающаяэлектрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическуюэнергию вращения вала электрогенератора.
Тепловые электростанции работают по такому принципу:топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряетводу, циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийсяпар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, — вал электрическогогенератора. Затем отработавший пар конденсируется; вода из конденсатора через системуподогревателей возвращается в котел.
Энергетическими показателями ТЭС служат кпд, удельныерасходы тепла и топлива.
Примерно ¾ антропогенных выбросов СО2в последнее 20-летие связано со сжиганием органического топлива: нефти, газа и угля.На долю тепловых станций, транспорта и муниципального хозяйства приходится примернопо третьей части всего углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу.
С экологической точки зрения тепловые электростанциипредставляют собой непрерывно действующие уже в течение десятков лет источники выбросовв атмосферу продуктов сгорания топлива и сбросов в водоемы большого количества низкопотенциальноготепла.
Рассматривая воздействие ТЭС на атмосферу, растительныйи животный мир, имеют в виду прежде всего выбросы тех веществ, на которые установленыПДК в воздухе населенных мест. При сжигании природного газа это оксиды азота (NO,NO2), оксид углерода (СО) и бенз (а) пирен (С20Н12), причем токсичность уходящихгазов связана практически только с оксидами азота, так как концентрация бенз (а)пирена ничтожно мала. Образование оксида углерода при сжигании природного газа имазута минимизируется путем рациональной организации топочного режима.
При сжигании твердого и жидкого топлива добавляютсяоксиды серы (SO2, SO3) и зола, причем в серосодержащих топливах 97-98% серы окисляетсядо SO2, а остальные 2-3% — до SO3. Поэтому все выбросы оксидов серы тепловыми электростанциямипри оценке загрязнения атмосферного воздуха определяют в виде SO2.
В период с 1990 по 1998 г. снижение выбросов ТЭС в атмосферу составило 34%. При этом выбросы золы уменьшились на 40%, оксидовазота — на 24%, диоксида серы — на 34%. Это произошло благодаря технологическиммероприятиям по уменьшению выбросов оксидов азота, повышению эффективности золоуловителейна котлах, а также переводу некоторых ТЭС на природный газ и вытеснению из топливногобаланса мазута.
Сегодня структура топливного баланса следующая: природныйгаз составляет 63% потребляемого на ТЭС топлива, уголь — 28%, мазут и прочие видытоплива — 19%./> 1.3 АЭС (Атомные электростанции)
Атомные электростанции (АЭС) — это по существу тепловыеэлектростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций.
Возможность использования ядерного топлива, в основномурана 235U, в качестве источника теплоты связанас осуществлением цепной реакции деления вещества и выделением при этом огромногоколичества энергии. Самоподдерживающаяся и регулируемая цепная реакция деления ядерурана обеспечивается в ядерном реакторе. Ввиду эффективности деления ядер урана235U при бомбардировкеих медленными тепловыми нейтронами пока преобладают реакторы на медленных тепловыхнейтронах. В качестве ядерного горючего используют обычно изотоп урана 235U, содержание которого в природном уране составляет 0,714 %; основнаямасса урана — изотоп 238U (99,28%). Ядерное топливоиспользуют обычно в твердом виде. Его заключают в предохранительную оболочку. Такогорода тепловыделяющие элементы называют твэлами, их устанавливают в рабочих каналахактивной зоны ректора. Тепловая энергия, выделяющиеся при реакции деления, отводитсяиз активной зоны реактора с помощью теплоносителя, который прокачивают под давлениемчерез каждый рабочий канал или через всю активную зону. Наиболее распространеннымтеплоносителем является вода, которую тщательно очищают.
Реакторы с водяным теплоносителем могут работать вводном или паровом режиме. Во втором случае пар получается непосредственно в активнойзоне реактора.
В действующем реакторе имеют место интенсивные потокинейронов, образующихся при реакции деления. Облучая вещества нейтронами внутри реактора,получают различные искусственно-радиоактивные изотопы. Другим источником радиоактивностив реакторе является осколки деления урана, большинство которых неустойчиво.
При получении радиоактивных веществ, встает проблемареализации, которая сводится к трем задачам:
1) усовершенствовать технологию с целью уменьшенияобразования отходов;
2) к переработке отходов для их скрепления и уменьшениеопасности распространения в окружающей среде;
3) к надежной изоляции от биосферы и человека.
При работе АЭС образуется три вида радиоактивных отходов- твердые, жидкие и газообразные.
Твердыми отходами АЭС являются детали загрязненногорадиоактивными веществами демонтированного оборудования, отработанные фильтры дляочистки воздуха, спецодежда, мусор, отработанные ионообменные смолы и т.д. Их захоронениеосуществляется в специальных траншеях, ионообменные смолы хранят в емкостях высокоактивныхи низкоактивных сорбентов. Объем твердых отходов может быть значительным.
Жидкими отходами АЭС являются кубовый остаток, образующийсяпри выпарке высокоминерализованных трапных вод и дезактивационных растворов, дебалансныеводы. Первые два вида жидких отходов хранятся в специальных хранилищах на территорииАЭС и практически не оказывают воздействия на окружающую среду. Сбрасываемые АЭСдебалансные воды предварительно очищаются до такой степени, что концентрация радиоактивныхзагрязнений в них соответствует нормам для питьевой воды.
Выбрасываемые в атмосферу газовоздушные потоки такжеподвергаются тщательной очистке. В состав газообразных выбросов АЭС входят радиоактивныегазы и аэрозоли. Особое место принадлежит изотопам йода, которые обладают высокойхимической активностью и могут быть как газообразными, так и виде аэрозолей в зависимостиот окружающих условий.
/>/>2. Виды альтернативной энергетики/>/>2.1 Солнечная энергия
Энергия солнечного излучения, поступающая на земнуюповерхность, почти в 40 раз превышает всю энергию, потребляемую человечеством. Солнцеежесекундно дает Земле 80 тысяч млрд кВт, что в несколько тысяч раз больше, чемвсе электростанции мира.
Привлекательность солнечной энергетики обусловленанеисчерпаемостью, доступностью в каждой точке нашей планеты, экологической чистотой,но солнечное излучение непостоянно во времени суток и зависит от погодных условий.Из-за этого каждая установка должна иметь либо устройство для аккумулирования энергии,либо дублирующую установку с другим источником энергии. Потенциальные ресурсы энергииСолнца в России в год оцениваются в 2300 млрд т у. т. Но при всем при этом используетсяничтожная доля поступающей на Землю солнечной энергии ~ около 0,0003%.
Но, несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии,сами фотоэлементы, с помощью которых ее получают, содержат ядовитые вещества, например,свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т.д., а их производство потребляет массу другихопасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30-50лет), и массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации,который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения./> 2.2 Потенциал вулканического тепла
Тепловая энергия вулканических источников используетсяв 62 странах, за последние годы рост использования геотермальной энергии для производстваэлектричества и теплового потребления составляет 4% в год. В настоящее время в мирестроятся ГеоТЭС общей мощностью более 2 ГВт, в ближайшие годы проектируются ГеоТЭСмощностью 11,5 ГВт. Активное использование геотермальных ресурсов ведется в 58 странахмира, в т. ч. в Новой Зеландии, Франции, Исландии, США, Венгрии. Среди нетрадиционныхспособов получения энергии — ветрового, солнечного, приливного и пр. геотермальнаяэнергетика занимает самое значительное место — ее вес в балансе альтернативных источниковсейчас превышает 60%.
В США установленная мощность подходит к отметке 3000МВт. В Мексике геотермальная составляющая в энергобалансе страны превышает 4%, нолидером являются Филиппины — десятки ГеоЭС совокупной мощностью 2000 МВт вырабатываютпятую часть всей электроэнергии страны. Россия располагает обширными запасами геотермальныхресурсов, энергия которых в 10-12 раз превышает потенциал органического топлива.Пока в нашей стране действуют 3 геотермальные электростанции на Камчатке: Паужетская,Верхне-Мутновская и Мутновская ГеоЭС. Их суммарная мощность составляет 70 МВт. Используягеотермальную энергию для теплоснабжения городов и поселков, Россия могла бы экономить20-30% ископаемого топлива в течение ближайших 5‑10 лет. Например, до сихпор почти три миллиона человек в Краснодарском крае пользуются горячей водой, нагретойс помощью геотермальной энергии./> 2.3 «Приливные» территории мира
Общий объем энергии приливов на Земле оценивается примернов 3 млрд кВт*ч в год, что составляет примерно 15% всей потребляемой людьми электроэнергии,однако имеются только около 100 мест, где сооружение приливных электростанций можетоказаться экономически эффективным. Сегодня действуют промышленная ПЭС Ранс во Франции- 240 МВт, опытная ГЭС в Канаде — 20 МВт, экспериментальная Кислогубская ПЭС наКольском полуострове в РФ — 450 кВт. Планируется создание новых мощных приливныхстанций в России, Норвегии и других странах.
Приливная электростанция (ПЭС) — электростанция,преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней«полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрывплотиной, залив или устье впадающей с море (океан) реки (образовав водоём, называютбассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (>4м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов,размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном циклеприливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 чс перерывами соответственно 2-1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называетсяоднобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработкиэлектроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна,в одном из которых поддерживается уровень «малой», а в другом — «полной» воды; третий бассейн — резервный; гидроагрегаты устанавливаютсяв теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии,обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместнойработе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями,энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиковнагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонногорегулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов./> 2.4 Энергосберегающий ветер
Одним из чрезвычайно бурно развивающихся в последниегоды направлений научно-технического прогресса в энергетике стала ветроэнергетика.Ветроэнергетика во многих странах является приоритетным направлением энергосбереженияи использования экологически чистой возобновляемой энергии. Установленная мощностьветроэлектростанций (ВЭС) в мире за 10 последних лет увеличилась в 10 раз и, по-видимомуна конец 2005 г. могла составлять около 50000 МВт.
С 1996 г. установленная мощность ветроэнергетическихустановок росла во всем мире со среднегодовым темпом роста, близким к 20‑40%.В течение последнего десятилетия объем установленной мощности удваивался примернокаждые два с половиной года. В течение 2004 г. введено в эксплуатацию более 10000 МВт новых генерирующих мощностей. В 2000 г. суммарная установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) в 55 странах мира составляла примерно 17700МВт, из них в Германии — 6100 МВт, в США и Испании — 2500 МВт, в Дании — 23 МВт,в Индии — 1100 МВт. На долю этих 5 ведущих стран приходилось свыше 82%, а на долю10 ведущих стран (включая Нидерланды, Италию, Великобританию, Китай и Швецию) — 92% общей установленной мощности ВЭУ мира.
Средняя мощность устанавливаемых ВЭУ, как ожидается,вырастет в течение следующего десятилетия с сегодняшнего значения в 1300 кВт (1,3МВт) до 1,5 МВт в 2007 г. и до 2,5 МВт в 2012 г. Модульная компоновка ВЭС и все возрастающая единичная мощность ВЭУ с 2,5‑3,0 до 5,0 МВт и более позволяют обеспечиватьусловия для создания крупных энергосистем в масштабе страны и даже суперэнергосистемы,объединяющей энергосистемы различных стран (транснациональные энергосистемы). Благодаряэтому будут существенно улучшены надежность и эффективность функционирования ВЭС.Следовательно, развитие ветроэнергетики за рубежом идет, с одной стороны, по путиувеличения единичной мощности ВЭУ и количества их в составе ВЭС, а с другой стороны,по пути их объединения для создания крупных энергосистем. Все это создает условиядля получения дешевой конкурентоспособной электрической и тепловой энергии.
альтернативная энергетика источник энергия
По данным Американского электроэнергетического института(EPRJ) стоимость одного кВт-ч электроэнергии на современных ВЭС за последние десятьлет снизилась с 15 — 20 до 4 — 7 центов и сегодня сравнима со стоимостью электроэнергии,получаемой на традиционных электростанциях, — 5 — 9 центов/кВт*ч. на АЭС, 4 — 5на ТЭС на угле и газе и 5‑20 — на ГЭС различной мощности. Современные ветроэлектростанциипо своим основным показателям сравнимы с современными электростанциями традиционныхтипов.
К сожалению, Россия, ставшая (еще в 30‑е годыХХ века) пионером развития ветроэнергетики, в настоящее время серьезно отстает отпромышленно развитых стран, особенно в практическом использовании энергии ветра.Для примера можно назвать такие цифры: — объем серийного производства ВЭУ в 1950- 1956 гг. составил 37523 ед. с установленной мощностью 80 мВт; в 1987 — 2002 годы2000 ед. мощностью менее 1 МВт.
Однако, по мнению специалистов, развитие малой ветроэнергетикипозволило бы решить ряд проблем, связанных с энергообеспечением северных и другихтруднодоступных территорий, не подключенных к общим электросетям, в которых проживаетболее 10 млн человек, а также способствовать улучшению экологической обстановки.Небольшой позитивный пример — это самый крупный в России ветропарк в Калининградскойобласти, состоящий из 21 ветроэнергетической установки. В настоящее время в областиведутся работы по возведению ветропарка мощностью 50 МВт морского базирования, настадии проектирования Ленинградская — 75 МВт и Черноморская — до 40 МВт.
К экологическим проблемам ветроэнергетики относится:
Шум.
Ветряные энергетические установки производят две разновидностишума:
· механический шум (шум от работы механических и электрических компонентов)
· аэродинамический шум (шум от взаимодействия ветрового потока с лопастямиустановки)
В непосредственной близости от ветрогенератора у осиветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.
Примером подобных конструктивных просчетов являетсяветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100часов и была демонтирована.
Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландахи Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установкидо 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки дожилых домов — 300 м.
Радиопомехи.
Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементыв лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнееветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решенияпроблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.
Влияние на воздушные потоки.
Движущиеся воздушные массы претерпевают сильные турбулентности,«отражаясь» от поверхности лопастей ветроагрегатов. Что может замедлитьили изменить направление воздушных потоков./> 2.5 Геотермальные электростанции (ГеоТЭС)
Электростанции такого типа преобразуют внутреннее тепло Земли(энергию горячих пароводяных источников) в электричество. Первая геотермальная электростанциябыла построена на Камчатке. Существует несколько схем получения электроэнергии нагеотермальной электростанции. Прямая схема: природный пар направляется по трубамв турбины, соединенные с электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно(до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешаннаясхема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результатеконденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы.
Для успешной эксплуатации ГеоТЭС необходимо решать проблемы,связанные с возникновением коррозии и солеотложения, которые, как правило, усугубляютсяс увеличением минерализации термальной воды. Наиболее интенсивные солеотложенияобразуются из-за дегазации термальной воды и нарушения в результате этого углекислотногоравновесия.
Другое направление использование геотермальной энергии геотермальноетеплоснабжение, которое уже давно нашло применение на Камчатке и Северном Кавказедля обогрева теплиц, отопления и горячего водоснабжения в жилищно-коммунальном секторе.Анализ мирового и отечественного опыта свидетельствует о перспективности геотермальноготеплоснабжения. В настоящее время в мире работают геотермальные системы теплоснабженияобщей мощностью 17175 МВт, только в США эксплуатируется более 200 тысяч геотермальныхустановок. По планам Европейского союза мощность геотермальных систем теплоснабжения,включая тепловые насосы, должна возрасти с 1300 МВт в 1995г до 5000 МВт в 2010г.
/>/>Заключение
Я рассмотрел основные виды альтернативных источниковэнергии, используемые человечеством на данный период. Все они имеют свои плюсы иминусы. Думаю, будущее энергетики будет в совместном использовании этих альтернатив,так как каждая в отдельности не способна удовлетворить потребность человечествав электроэнергии. Многие из альтернативных источников энергии имею серьезные экологическиепроблемы в своей реализации, и человечество должно стремиться к альтернативной энергетикес умом, не нарушая хрупкий экологический баланс.
/>/>Список литературы
1. Пути развития альтернативной энергетики [www.belsbyt.ru]
2. Есть ли будущее у альтернативной энергетики в России? [www.energypolis.ru/rubrics/1023/index.shtml]
3. Википедия [http://ru. wikipedia.org]
4. Сегодня мы поговорим об экологических проблемах АЭС. [http://www.fio. vrn.ru/2005/18/!Physics/2/newsaitphysics/4. htm]
5. Экологические проблемы энергетики [http://lge. webzone.ru/publ/staty/gavril-e. htm]