Альтернативная энергетика




НазваниеАльтернативная энергетика
страница1/6
Дата конвертации07.02.2013
Размер0.73 Mb.
ТипПрезентации
  1   2   3   4   5   6
Раздел 7
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Нельзя сказать, что ты необходима

для жизни, ты сама жизнь…Ты самое большое богатство в мире.”

/Антуан де Сент-Экзюпери/
7.1. Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии – это излучение Солнца, растительная биомасса, морские приливы, ветер и реки. Энергия растительной биомассы, ветра и рек является результатом действия солнечной энергии. Все возобновляемые источники энергии до настоящего времени используются в малой степени, хотя запасы их практически неисчерпаемы (табл.7.1).
Таблица 7.1 - Потенциальные запасы источников энергии на Земле

Виды энергии

Запасы энергии

Невозобновляемые (кВтч)

Термоядерная энергия

1000000001012

Ядерная энергия

5740001012

Энергия ископаемого топлива

553641012

Возобновляемые (кВтч/год)

Энергия солнечных лучей

6678001012

Энергия морей и океанов

700001012

Энергия ветра

173601012

Энергия внутреннего тепла Земли

1341012

Энергия рек

181012


Солнце – неиссякаемый источник, который излучает на Землю энергию в количестве, намного превышающем потребность ее населению даже в самом отдаленном будущем. Способы получения этой энергии известны. Если говорить о распределении лучистой энергии Солнца, то тепловой баланс выглядит приблизительно следующим образом: 7% – отражается атмосферой Земли, 27% – отражается тучами; из энергии, поступившей на Землю: 2,5% – преобразуется в энергию ветра, 0,05% – преобразуется в энергию морских течений, 33% – падает на поверхность океана, 25% – падает на сушу, 7% – отражается от Земли, 0,12% – усваивается растениями.

Ежегодный прирост зеленой биомассы на Земле составляет 117 млрд. т в сухом виде, что энергетически эквивалентно 40 млрд. т нефти. Общее же количество растительной биомассы на планете превышает 1800 млрд. т, что равнозначно 640 млрд. т нефти. Конечно, в качестве топлива может рассматриваться только часть ежегодного прироста, которая может быть выделена для данной цепи.

Энергия морских приливов значительна, и строительство приливных станций перспективно, хотя оно сложно, дорого и не исключает непредсказуемые экологические последствия.

Энергия ветра меньше, но все же велика, заслуживает серьезного внимания, однако она непостоянна во времени, что затрудняет ее использование.

Энергия рек сравнительно умеренна, в значительной мере уже используется, причем для равнинных рек – с негативными результатами, которые иллюстрируют необходимость крайне осмотрительного отношения к механизмам экологии.

Возможность использования внутренней теплоты Земли имеет локальное значение: утилизируется только теплота горячих подземных вод.

Безусловно, в будущем необходимо ориентироваться на получение энергии из возобновляемых источников. В этом плане интересны перспективы энергетики с позиции теоретической физики.

Энергетические процессы связаны с преобразованием силовых полей. Таких полей три: мезонное, цементирующее атом (самое мощное); гравитационное; электромагнитное в различных формах, в частности в виде электрической энергии. Предполагается, что эти поля – разные проявления единого поля. Теорию единого поля пытались создать крупнейшие ученые мира – О.Хевисайд, А. Эйнштейн, И.Е. Тамм, но пока ее нет. Наличие подобной теории позволило бы разработать новые, более совершенные способы получения электрической энергии путем преобразования в нее мезонного и гравитационного полей, а тем более – электромагнитного. Сейчас эта задача решается окольным и сложным путем. Так, на гидростанциях гравитационное поле воды верхнего бьефа превращается в электроэнергию посредством гидрогенераторов. Система преобразования мезонного поля в электроэнергию на атомных станциях еще сложнее: реактор - пар - турбогенератор. Не менее сложно превращение электромагнитного поля солнечного излучения, имеющего световую частоту, в электромагнитное поле электрического тока на солнечных электростанциях, осуществляемое по теплотехническому способу (солнечный котел - пар - турбогенератор). В сущности, все эти схемы чрезвычайно громоздки, как и схемы, на которых базируются энергетические установки, где производится сжигание топлива. В качестве противоположного примера пока можно назвать только солнечную батарею, преобразующую излучение Солнца непосредственно в электроэнергию.

Солнечное излучение на Землю – неиссякаемый источник огромного количества энергии, экологически нейтральный, так как при его использовании нет вредных выбросов и почти нет дополнительного нагрева Земли. Последнее очень важно, поскольку Земля как термодинамическая система находится в крайне неустойчивом равновесии.

Еще в самый разгар атомного бума крупнейший физик ХХ века Ф.Жолио-Кюри говорил: «Решение проблемы использования солнечной энергии для человечества важнее, чем покорение энергии атома». Получение этой энергии осуществляется следующими способами: теплохимическим (нагревание теплоносителей), фотоэлектрическим (использование солнечных батарей), биологическим (фотосинтез растений) с развитием в биотехнологический при сочетании с водородной энергетикой. Основное значение имеют фотоэлектрический и биотехнологический способы.

Теплотехнический способ. Находит частное применение для получения теплоты. При производстве электроэнергии (с помощью паротурбогенераторов) он нерационален.

Фотоэлектрический способ. Еще недавно фотоэлектрические солнечные батареи из-за высокой стоимости применялись лишь в отдельных случаях, например в космонавтике, и имели очень небольшую мощность, измеряемую сотнями ватт; однако их стоимость вследствие разработки новых способов получения кремниевых солнечных элементов быстро уменьшается.

Таким образом, правомерны два направления: применение сравнительно дешевых фотоэлементов с невысоким КПД и создание более дорогих, но и более эффективных. Задача состоит в том, чтобы сделать солнечные электростанции экономически выгодными сравнительно с другими, например АЭС. Решение этой задачи требует ликвидации разрыва между научными и инженерными разработками. Надо полагать, что уже к концу нынешнего столетия гелиоэнергетика будет играть важную роль, а к середине следующего иметь большее значение, чем гидроэнергетика.

Биологический (биотехнологический) способ. Процесс фотосинтеза растений имеет огромное значение для жизни на планете, поскольку с его помощью за счет энергии Солнца неорганические вещества перерабатываются в органические, являющиеся пищевыми. Кроме того, происходит снабжение планеты кислородом. Для некоторых стран использование фотосинтеза может стать преобладающим способом получения энергии. Вот как, к примеру, представляется в будущем энергетический баланс Швеции – маленькой индустриальной страны, богатой лесами, с развитой деревообрабатывающей промышленностью. К 2015 г. планируется следующая структура энергетического баланса: лесная биомасса – 46%; солнечное отопление (получение теплоты) – 13%; энергия горных рек (ГЭС) – 12%; древесные отходы – 12%; солнечный свет (производство электроэнергии) – 9%; ветер – 5%; морская биомасса – 3%; нефть, газ, уголь, ядерная энергия – 0.

Лесная биомасса – это посадки (специально для энергетических целей) быстрорастущих деревьев с древесиной, имеющей достаточно высокую теплоту сгорания (тополь). Ежегодно используется несколько процентов массива посадок с последующим засевом площади вырубки. Вредность продуктов сгорания древесины минимальна, зола – отличное удобрение. Конечно, для крупного промышленно развитого государства подобное решение не подходит.

В развивающихся странах биомасса растений (дрова, сельскохозяйственные отходы) обеспечивает потребность в энергии наполовину, в развитых странах эта доля невелика, но по абсолютному значению биомасса ежегодно замещает в Европе 100 млн.т. нефти. Замещающее нефть жидкое топливо можно получать биотехнологическим путем из некоторых тропических растений, создав специальные нефтяные плантации. Таким образом, растения могут служить богатым источником не только пищевого и технологического, но и энергетического сырья.

Биотехнологический способ и водородная энергетика. Водород – экологически чистое топливо, которое можно хранить и транспортировать по трубам, ценное и для технологических процессов, и для автотранспорта. При сгорании водород превращается в воду, не выделяя никаких вредных веществ.

Заслуживает внимания биофотолиз воды – использование механизмов фотосинтеза для ее разложения под действием солнечного света в целях получения водорода и кислорода в свободном состоянии. Процесс осуществим посредством применения биохимической системы, основанной на взаимодействии двух микроорганизмов: микроскопической водоросли и термостойкой цианобактерии, обладающей особыми свойствами. Клетки водорослей под воздействием света в процессе фотосинтеза вырабатывают органические углеродные соединения и свободный кислород. Происходящее фоторазложение воды обеспечивает постоянное выделение кислорода и водорода. Таким образом реализуется способ прямого преобразования солнечной энергии в топливо. В итоге возникает перспектива создания новой отрасли энергетики (биотехнологической), обеспечивающей получение молекулярного водорода в качестве высококачественного и экологически чистого топлива.

Возможен процесс разложения воды на водород и кислород под действием видимого солнечного света, что требует соответствующих катализаторов. Водород можно получать путем электролиза воды при изобилии электрической энергии в будущем, а сейчас – за счет энергии АЭС в часы снижения электрической нагрузки, т.е. в ночное время.

Представленный в предыдущих разделах анализ базовых энергетических объектов с учетом экологических аспектов их применения позволяет сделать следующий вывод.

В сложной системе “биосфера - техносфера” необходимы серьезные изменения, прежде всего, в направлении развития энергетики. Главным является: отказ от сложившихся стереотипов энергозатратного образа жизни, серьезная экологизация всех отраслей энергетики, переход на альтернативные, нетрадиционные, экологически безопасные источники энергии с постепенным наращиванием их мощности. Существующие сегодня подходы в области энергетики являются неустойчивыми, экологически опасными, текущие модели в области энергетики продолжают содействовать повышению уровня нестабильности и, к сожалению, не являются инструментом достижения устойчивого развития. А главное, практически полное обеспечение электрической энергией, в частности, в странах ЕС основано на использовании все тех же традиционных невозобновляемых энергоносителей: органического топлива, атомной энергии и гидроэнергии (рис.7.1).


Рис.7.1 - Обеспечение электроэнергией в ЕС
Европейское Сообщество с точки зрения энергоснабжения. Насколько различно количество ежегодно производимой электроэнергии в каждом государстве-участнике ЕС, настолько отличается и роль отдельных энергоносителей в этих странах.

В XXI веке все попытки решить социально-экономические и экологические проблемы, проблемы безопасности и мира немыслимы без учета энергетических аспектов, в особенности – изменения стратегии и тактики в области энергетики. Одна из таких устойчивых и перспективных стратегий – использование нетрадиционных энергоресурсов: энергии Солнца, ветра, биомассы, малых рек, геотермальных приливов и отливов, использование генераторного газа, газов малых газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений, попутного нефтяного газа, метана угольных месторождений, спиртовых смесей, водотопливных суспензий, эмульсий и др.

Перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. По данным МИРЭК [ ] установленная мощность электростанций, использующих нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, равна 33 млн кВт, что составляет 1,04 % от общей установленной мощности всех электростанций в мире (3180 млн кВт). В США доля таких электростанций составляет 2,32 %, в Бразилии - 3,0, Дании - 7,7, Германии - 2,8, Ита­лии - 1,2, Испании - 2,2, Индии - 1,0, Японии - 0,4 и Филиппинах - 17 % от общей установленной мощности.

В Украине для производства электроэнергии из возобновляемых источников используется только энергия ветра. По состоянию на 1 января 2000 г. установленная мощность ветроэнергетических электростанций (ВЭС) составляет 12,5 МВт; в 1999 г. они выработали 3,83 млн кВт-ч. Коэффициент использования установленной мощности был равен 0,031 при проектном коэффициенте 0,19. Кроме этого, сооружены и в 2000 г. эксплуатировались Акташская (0,6 МВт), Черноморская (0,6 МВт), вторая очередь Новоазовской ВЭС (1,6 МВт) и ряд ВЭС малой мощности (25-45 кВт).

В АР Крым, Винницкой, Одесской и других областях Украины находят применение солнечная энергия, биомасса и другие виды энергии для подогрева воды, используемой для обогрева помещений. Использование геотермальной энергии для производства электроэнергии носит экспериментальный характер (установка 5 МВт в Береговском районе Закарпатской обл.).

Из нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в Украине для производства электроэнергии могут использоваться: энергия ветра, геотермальная энергия, коксовый, доменный, некондиционный природный газы. Анализ ресурсной базы этих видов энергии и опыт зарубежных стран дают основание утверждать, что установленная мощность электростанций, использующих эти ресурсы, будет составлять 2,5-3,0 % от общей установленной мощности электростанций Украины.

Ниже приведены данные о прогнозируемой установленной мощности, производстве электроэнергии и экономии топлива, которые могут быть достигнуты за счет использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (таблица 7.2).
Таблица 7.2. Потенциал альтернативной энергетики Украины
  1   2   3   4   5   6

Похожие:

Альтернативная энергетика iconРеферат для того, чтобы показать людям, что делается в мире и в нашей стране для сохранения окружающей среды. Одно из направлений это альтернативная энергетика. Что же это такое?
«Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные....
Альтернативная энергетика iconЭнергосбережение и альтернативная энергетика на очистных сооружениях канализации
Храменков С. В., Пахомов А. Н., Данилович Д. А. Развитие московской канализации. – М.: Можайск-Терра, 2003
Альтернативная энергетика iconКонкурс на лучшую научную работу
Конкурс проводится {Редколлегией Международного научного журнала «Альтернативная {энергетика и {экология» }совместно с Научно-{Техническим}...
Альтернативная энергетика iconМеждународная конференция Москва – Будва «Биотехнологии и альтернативная энергетика в городском хозяйстве»
Фактически биотехнологии решают глобальную проблему перехода от использования невозобновляемых ресурсов к возобновляемому сырью –...
Альтернативная энергетика iconМатериалы научно-практической конференции
Приглашаем Вас принять участие в работе конференции «ukr-power» «Уход от газовой зависимости. Альтернативная и возобновляемая энергетика....
Альтернативная энергетика iconИнструкция инженера-энергетика
На должность инженера-энергетика (энергетика) назначается лицо, имеющее высшее профессиональное (техническое) образование без предъявления...
Альтернативная энергетика iconРазработка отечественной литий-ионной аккумуляторной батареи для космических аппаратов
Данию литий-ионной аккумуляторной батареи проводятся в Исследовательском центре имени М. В. Келдыша в кооперации с организациями...
Альтернативная энергетика iconГосударственный стандарт российской федерации нетрадиционная энергетика солнечная энергетика термины и определения
...
Альтернативная энергетика iconЯдерная энергетика
Ядерная энергетика и радиационная безопасность в промышленности и на транспорте. М.: [б и.], 2002. 26 с.: ил. 150 экз. 7 р
Альтернативная энергетика icon«Энергетика и электротехника»
Ая Международная специализированная выставка «Энергетика и электротехника» проводилась с 19 по 22 мая 2009 года в выставочном центре...
Разместите кнопку на своём сайте:
kurs.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©kurs.znate.ru 2012
обратиться к администрации
kurs.znate.ru
Главная страница