Реферат на тему: Альтернативные источники энергии

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

1. Реферат на тему: Балет
2. Реферат на тему: Полезные ископаемые
3. Реферат на тему: Молодежь как социальная группа
4. Реферат на тему: 9 мая

Введение

Использование любого вида энергии и производство электроэнергии сопровождается образованием большого количества загрязнителей воды и воздуха. Список таких загрязняющих веществ на удивление длинный, а их количество чрезвычайно велико. Вопрос, конечно, в том, должны ли потребление энергии и производство электроэнергии всегда идти рука об руку с деградацией окружающей среды. И если правда, что вся человеческая деятельность неизбежно оказывает вредное воздействие на природу, то степень этого ущерба варьируется. Мы не можем не влиять на окружающую среду, в которой мы живем, потому что энергия должна поглощаться и использоваться для поддержания жизненных процессов как таковых.

Человек, безусловно, оказывает влияние на окружающую его среду, но в природе существуют естественные компенсационные механизмы, которые удерживают окружающую среду и проживающие в ней общины в состоянии равновесия, когда все изменения происходят довольно медленно. Тем не менее, во многих случаях деятельность человека нарушает баланс, созданный этими механизмами, что приводит к быстрым изменениям условий окружающей среды, которыми ни человек, ни природа не могут успешно управлять.

Одним из таких видов деятельности человека является традиционное производство энергии, в результате которого образуется большое количество загрязняющих воду и воздух загрязняющих веществ.

В этой статье я хотел бы остановиться на производстве электроэнергии из таких природных источников, как падающая вода, ветер и солнечная энергия.

Эти методы производства электроэнергии представляются более мягкими с точки зрения воздействия на окружающую среду, чем сжигание ископаемого топлива или деление ядерного урана. Кроме того, все вышеупомянутые источники энергии являются возобновляемыми, что означает, что они доступны почти всегда и везде.

Удивительно, что двести лет назад человечество обладало только тремя видами энергии, помимо энергии человека и животных. И солнце было источником всех трех этих энергий. Энергия ветра вращала лопасти ветряных мельниц, в которых измельчалось или сплеталось зерно. Чтобы использовать энергию воды, вода должна стекать в море из его верховьев, где река наполняется дождевыми осадками.

За последние десять лет интерес к этим источникам энергии неуклонно растет, так как они неограничены во многих отношениях. По мере того, как поставки топлива становятся все менее надежными и более дорогими, эти источники становятся все более привлекательными и экономичными.

Сегодняшние источники энергии — это их важность

Зарождение и развитие человеческой цивилизации всегда было связано и зависит от развития и совершенствования энергетических технологий. На практике электроэнергетика является системообразующей отраслью любой экономики, а значит и государства. Уровень и скорость социально-экономического развития страны зависит от ее состояния.

Энергия, которую мы потребляем сегодня, поступает в основном из ископаемого топлива. Уголь, нефть и природный газ являются ископаемыми видами топлива, создаваемыми в течение миллионов лет в результате распада растений и животных. Местоположение этих ресурсов — недра земли. Под влиянием высоких температур и давлений ископаемые виды топлива образуются и сегодня, но они потребляются гораздо быстрее, чем образуются.

Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, в настоящее время составляют 90 % от общего объема первичных энергоресурсов. Запасы традиционных углеводородных ресурсов, разведанных до настоящего времени в России, смогли удовлетворить текущие потребности национальной экономики и обеспечить существенный доход от экспорта энергоносителей. В то же время из года в год ухудшаются горно-геологические условия добычи горючих полезных ископаемых. С начала 1990-х годов темпы добычи углеводородных ресурсов отставали от темпов роста их добычи. Например, в период 1994-2000 гг. отношение суммарной добычи к суммарному приросту запасов составляло 1,31 по нефти и 2,1 по газу.

Электроэнергия, вырабатываемая на гидроэлектростанциях, а в последние 50 лет также на атомных электростанциях, играет важную роль в общем энергобалансе.

По официальным оценкам, мировое потребление энергии будет продолжать расти и в будущем, как и в последние годы. Все это приводит к росту различных проблем, связанных с энергоснабжением и охраной окружающей среды.

Одной из основных причин роста энергопотребления является рост численности населения. В 2000 году население мира составляло около 6 миллиардов человек. По оценкам экспертов ООН, к 2025 году население мира достигнет почти 8 миллиардов человек, но стабилизируется на уровне 10-12 миллиардов человек ближе к 2100 году. Рост численности населения будет происходить в основном в менее развитых странах.

Согласно официальному прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА) «Перспективы развития мировой энергетики на 2004 год», в ближайшие два десятилетия глобальное энергопотребление будет расти, в первую очередь, за счет увеличения энергопотребления в Азии. Ожидается, что глобальное потребление энергии достигнет почти 600 000 PJ (14 400 миллионов ЭКГ) в 2020 году.

Ожидаемый рост общего потребления энергии в период с 1995 по 2020 год составляет около 230 000 PJ (5 500 миллионов EVT), что соответствует общему мировому потреблению энергии, зафиксированному в 1971 году — незадолго до начала энергетического кризиса 1973 года. Две трети роста энергопотребления будет приходиться на развитые промышленно развитые страны и страны с переходной экономикой, большинство из которых сосредоточены в Азии. В 2002 году потребление энергии в промышленно развитых странах (странах-членах ОЭСР + бывших социалистических странах) превысит общее потребление энергии в развивающихся странах на 12%. Однако к 2030 году энергопотребление в промышленно развитых странах будет лишь на 2% выше, чем в развивающихся.

По данным Международного энергетического исследования, подготовленного МЭА, потребление нефти в 2020 году превысит 5000 миллионов ЭВТ, а уровень потребления увеличится почти на 50% по сравнению с 1995 годом. По оценкам экспертов, к 2020 году мировое потребление угля достигнет 3200 млн. тонн, что на 50% больше, чем в 1995 году. По оценкам, природный газ имеет самые высокие темпы роста среди всех ископаемых видов топлива — 2,3 % в год. В результате доля природного газа в общем энергопотреблении будет максимально приближена к доле нефти и угля. К 2015 году потребление природного газа превысит общее потребление нефти, зафиксированное в 1995 году, т.е. две трети от ожидаемого на 2015 год потребления нефти. Для сравнения, потребление природного газа в 1995 году составляло всего 55% от потребления нефти. Ожидается, что производство энергии на АЭС останется стабильным, что приведет к снижению доли атомной энергии в общем балансе энергопоставок.

Важным негативным фактором в производстве тепловой и электрической энергии, связанной с углеводородной энергией, является массивное и возрастающее загрязнение биосферы (воздух, вода, почва) опасными химическими отходами в жидкой, твердой, газообразной и аэрозольной форме. Таким образом, каждый день вся экосистема оказывается прямо, косвенно или потенциально поврежденной, последствия чего уже ощущаются.

Например, тепловая электростанция средней мощности (ТЭС) с КПД 33-39% возвращает более половины выработанной энергии в окружающую среду, тем самым повышая ее температуру. В течение года только один завод производит до 43 тыс. тонн золы, 220 тыс. тонн оксидов и диоксида серы, около 30-40 тыс. тонн оксидов азота, диоксида углерода и других веществ, опасных для животного мира.

Загрязнение воздуха химическими веществами является основным фактором негативного воздействия на окружающую среду. Глобальное загрязнение воздуха приводит к изменению климата, увеличению притока твердого ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхность Земли, увеличению кислотных дождей, усилению парникового эффекта, увеличению числа различных заболеваний у человека и животных.

Ученые предупреждают, что человечеству угрожает глобальный экологический коллапс, если дальнейшее загрязнение будет связано с необратимыми последствиями для людей, такими как ядерная катастрофа. На повестке дня стоит вопрос о том, как защитить планету от надвигающейся катастрофы.

Понятно, что одна нация не может решить такую глобальную проблему. Мы должны вместе бороться за его решение — все мировое сообщество. Это включает в себя поиск новых (альтернативных) видов топлива и источников энергии.

Альтернативные или, как их иногда называют, возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включают в себя солнце, ветер, геотермальную энергию, приливы, волны, биоэнергию и разницу температур между глубинами морей и океанов.

Вывод: мы придерживались мнения, что современные источники энергии на исходе, поэтому возникает вопрос: что можно заменить, какие альтернативные источники необходимы?

Альтернативные энергоисточники

Альтернативный источник энергии — метод, устройство или установка, производящая электричество (или другую необходимую энергию) и заменяющая традиционные источники энергии, использующие нефть, природный газ и уголь. Целью поиска альтернативных источников энергии является необходимость их получения из возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений.

Альтернативные или, как их иногда называют, возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включают солнечную, ветровую, геотермальную, приливную, волновую, биоэнергетическую, биоэнергетическую, температурную разницу между глубинами морей и океанов и другие «новые» формы возобновляемой энергии.

Принято условно разделить ИО на две группы:

Традиционные: гидравлическая энергия, преобразованная в полезную энергию гидроэлектростанций мощностью более 30 МВт; энергия биомассы, используемая для производства тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и некоторые другие виды топлива); геотермальная энергия.

Нетрадиционные: энергия солнца, ветра, океанических волн, течения, приливов и отливов, гидравлическая энергия, преобразованная в малую и микрогидроэлектроэнергию, энергия из биомассы, не используемая для производства тепла традиционными методами, низкопотенциальная тепловая энергия и другие «новые» возобновляемые источники энергии.

Типы альтернативных источников энергии и их применение

Солнечная энергия или гелиоэнергия — это использование солнечного излучения для производства энергии в любой форме; солнечная энергия использует возобновляемый источник энергии и в будущем может стать экологически чистой, т.е. не производит вредных отходов — производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо приспособлено к концепции распределенной генерации.

Существуют различные способы получения электричества и тепла из солнечного излучения.

Выработка электроэнергии фотогальваническими элементами; преобразование солнечной энергии в электричество тепловыми машинами: паровые двигатели (поршневые или турбинные), использующие пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны, двигатель Стирлинга и др.гелиотермическая энергия — нагрев поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусировка солнечных лучей на контейнере с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в парогенераторах); тепловые воздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию потока воздуха, направляемого на турбогенератор); солнечные воздушные электростанции (производство пара в воздушном шаре путем нагрева поверхности воздушного шара, покрытой селективно поглощающим покрытием солнечного излучения); преимущество — запас пара в воздушном шаре достаточен для работы электростанции в темноте и при плохих погодных условиях.

Солнечная энергия — это кинетическая энергия излучения (в основном света), производимого реакциями внутри Солнца. Поскольку его запасы практически неисчерпаемы (астрономы подсчитали, что солнце будет «гореть» несколько миллионов лет), оно классифицируется как возобновляемый источник энергии.

Солнечная энергия, падающая на поверхность озера, соответствует мощности крупной электростанции.

Солнечная энергия — самый грандиозный, дешевый, но, пожалуй, наименее используемый человеком источник энергии.

В последнее время резко возрос интерес к проблеме использования солнечной энергии. Энергетический потенциал, основанный на прямом солнечном излучении, чрезвычайно высок.

Потребление всего 0,0125% солнечной энергии может покрыть всю текущую мировую потребность в энергии, в то время как использование 0,5% может полностью покрыть будущую потребность. К сожалению, маловероятно, чтобы эти огромные потенциальные ресурсы когда-либо могли быть реализованы в больших масштабах. Только очень небольшая часть этой энергии может быть практически использована. Почти главной причиной такой ситуации является низкая плотность солнечной энергии. Простой расчет показывает, что если мощность, взятая с 1м2 освещенной солнцем территории составляет в среднем 160 Вт, то для производства 100 тыс. кВт энергия должна быть взята с площади в 1,6 км2. Ни один из известных на сегодняшний день методов преобразования энергии не может гарантировать экономическую эффективность такого преобразования.

Мы говорили о средних значениях, упомянутых выше. Доказано, что в высоких широтах плотность солнечной энергии составляет 80 — 130 Вт/м2, в умеренной зоне — 130 — 210, а в пустынях тропической зоны — 210 — 250 Вт/м2. Это означает, что наиболее благоприятные условия для использования солнечной энергии в развивающихся странах находятся в Африке, Южной Америке, Японии, Израиле, Австралии, некоторых районах США (Флорида, Калифорния). В СНГ около 130 миллионов человек проживают в благоприятных для этого районах, из них 60 миллионов — в сельской местности.

Но даже при самых благоприятных атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечной радиации не превышает 250 Вт/м2. Поэтому коллекторы солнечной радиации «собирают» за один год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества, необходимо разместить их на территории 130000 км2. Необходимость использования коллекторов огромных размеров связана, кроме того, со значительным количеством материала, самым простым коллектором солнечного излучения является почерневший лист металла (обычно алюминий), внутри которого осаждаются трубки с циркулирующей в них жидкостью. При нагреве за счет солнечной энергии, поглощаемой коллектором, жидкость используется непосредственно. По расчетам, для производства солнечных коллекторов излучения на площади 1 км2 требуется около 10000 тонн алюминия. Доказанные мировые запасы этого металла на сегодняшний день оцениваются в 1170000 000 тонн.

Из вышесказанного видно, что существует несколько факторов, ограничивающих возможности солнечной энергии.

Солнечная энергия является одним из наиболее ресурсоемких способов получения энергии. Масштабное использование солнечной энергии приводит к огромному росту спроса на материалы, а значит и на рабочую силу для добычи сырья, его обогащения, производства материалов, производства гелиостатов, коллекторов и другого оборудования и их транспортировки. До сих пор электрическая энергия, вырабатываемая солнечным излучением, была намного дороже, чем энергия, вырабатываемая традиционными методами. Ученые надеются, что их эксперименты на экспериментальных установках и станциях решат не только технические, но и экономические задачи.

Но, тем не менее, преобразователи солнечной энергии строятся и работают.

В южных районах нашей страны установлены десятки солнечных установок и систем. Они обеспечивают горячее водоснабжение, отопление и кондиционирование жилых и общественных зданий, животноводческих ферм и теплиц, сушку сельскохозяйственной продукции, термическую обработку строительных конструкций, подъем и опреснение минерализованной воды и др.

Крымская солнечная электростанция на Керченском полуострове работает с 1988 года. Он небольшой — его мощность всего 5 МВт. Она работает без выбросов в окружающую среду, что особенно важно в курортной зоне, и без использования ископаемого топлива. Завод работает 2000 часов в год и производит 6 млн. кВт электроэнергии.

С начала 1950-х годов на космических аппаратах нашей страны в качестве основного источника энергии используются солнечные батареи, которые преобразуют энергию солнечного излучения непосредственно в электрическую энергию. Они являются практически незаменимым источником электроэнергии для ракет, спутников и автоматических межпланетных станций.

Освоение космоса позволяет разрабатывать проекты солнечных космических электростанций для энергоснабжения Земли. В отличие от наземных станций, эти станции смогут не только принимать более плотный поток тепловой солнечной радиации, но и будут независимы от погодных условий и изменений между днем и ночью. Ведь солнце светит в пространстве с постоянной интенсивностью.

Ученые и инженеры-энергетики продолжают работать над поиском новых, более дешевых способов использования солнечной энергии. Появляются новые идеи, новые проекты.

Энергия ветра

В поисках альтернативных источников энергии ветроэнергетика оказывает значительное влияние во многих странах.

Ветроэнергетика — это отрасль энергетической технологии, которая специализируется на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергия ветра считается возобновляемой, поскольку она является результатом солнечной активности.

Строительство ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения является наиболее распространенным во всем мире.

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, которые тысячелетиями бороздили океаны, и ветряные мельницы использовали лишь крошечную часть 2,7 триллионов кВт энергии, которую ветер дует на землю. Считается, что технически возможно освоить 40 млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

Почему такой богатый, доступный и экологически чистый источник энергии так мало используется? Сегодня ветровые двигатели покрывают только тысячу мировых потребностей в энергии.

В 1989 году ветроэнергетический потенциал Земли оценивался в 300 млрд. кВт/ч в год. Но только 1,5% от этой суммы подходит для технического развития. Основным препятствием является рассеивание и нестабильность ветровой энергии. Вариабельность ветровой энергетики требует строительства хранилищ энергии, что значительно увеличивает стоимость электроэнергии. В связи с рассеянным строительством солнечных и ветряных электростанций одинаковой мощности, последним требуется в пять раз больше площадей (однако, эти площади могут быть использованы в сельскохозяйственных целях одновременно). Однако на земле также есть участки, где ветер дует с достаточной устойчивостью и прочностью. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/сек, называется умеренным, 14-20 м/сек. — сильный, 20-25 м/сек. — штормовой, и более 30 м/сек. — ураган) (ветер, который дует со скоростью 5-8 м/сек. Примерами таких зон являются побережья Северного, Балтийского и Арктического морей.

Последние исследования направлены, прежде всего, на производство электроэнергии за счет энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к созданию многих таких установок. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и считается, что со временем они смогут сформировать настоящую электросеть. Малые ветряные турбины предназначены для подачи электроэнергии в отдельные дома.

Ветровые электростанции оборудованы в основном постоянным током. Ветряная турбина приводит в действие динамо-генератор, который одновременно заряжает параллельно подключенные батареи.

Сегодня ветровые турбины надежно снабжают нефтяников, они успешно работают в труднодоступных районах, на отдаленных островах, в Арктике, на тысячах ферм, где поблизости нет крупных населенных пунктов и государственных электростанций.

Основным направлением использования ветровой энергии является производство электроэнергии для автономных потребителей, а также механической энергии для подъема воды в засушливых районах, на пастбищах, для осушения болот и так далее. В районах с подходящими ветровыми условиями ветряные турбины вместе с аккумуляторами могут использоваться для питания автоматических погодных станций, сигнального оборудования, оборудования радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных линий и т.д.

Считается, что ветроэнергетика может быть эффективно использована там, где кратковременные перебои в подаче электроэнергии приемлемы без значительного экономического ущерба. Использование ветряных турбин с накопителем энергии позволяет снабжать энергией практически любого потребителя.

Мощные ветряные турбины обычно устанавливаются в районах с постоянными ветрами (на морском побережье, в равнинных прибрежных районах и т.д.). Такие турбины уже используются в России, США, Канаде, Франции и других странах.

Широкому использованию ветряных турбин в нормальных условиях до сих пор препятствовала их высокая себестоимость. Вряд ли стоит говорить, что за ветер платить не надо, но машины, необходимые для его запуска, слишком дороги.

Существует серьезная проблема с использованием ветра: избыток энергии в ветреную погоду и нехватка энергии при отсутствии ветра. Так как же мы можем хранить и сохранять энергию ветра? Самый простой способ для ветряной турбины — это привод насоса, который накапливает воду в резервуаре на большей высоте, а затем вода, вытекающая из резервуара, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие пути и проекты, от обычных, хотя и маломощных батарей, до вращения гигантских маховиков или продувки сжатого воздуха в подземные пещеры, до производства водорода в качестве топлива. Последний метод особенно перспективен. Электроэнергия от ветряной турбины разлагает воду на кислород и водород, водород можно хранить в сжиженном виде и при необходимости сжигать в печах тепловых электростанций.

Геотермальная энергия (энергия земли)

Геотермальная энергия — производство электрической и тепловой энергии из тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновляемым источникам энергии.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольшой глубине и поднимается на поверхность через трещины, иногда проявляясь в виде гейзеров. Теплые подземные воды можно использовать при глубоком бурении скважин. Высокие горизонты горных пород с температурой ниже 100°C также распространены во многих геологически неактивных районах, поэтому использование геотермальной энергии в качестве источника тепла считается наиболее перспективным.

Люди давно знают о природных проявлениях гигантской энергии, скрывающейся в недрах земли. Память человечества хранит легенды о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы жизней и изменивших облик многих мест на земле до неузнаваемости. Мощность извержения даже относительно небольшого вулкана колоссальна, во много раз превышающая мощность крупнейших искусственных электростанций. Однако говорить о прямом использовании энергии от извержений вулканов нельзя — человек не может сдержать этот мятежный элемент, и, к счастью, эти извержения происходят достаточно редко. Но это проявления энергии, скрывающиеся в недрах Земли, когда лишь малая часть этой неисчерпаемой энергии проникает сквозь огнедышащие вентиляционные отверстия вулканов.

Энергия земли (геотермальная энергия) основана на использовании естественного тепла земли. Недра Земли содержат огромный, почти неисчерпаемый источник энергии. Годовое тепловое излучение на нашей планете составляет 2,8 1014 миллиарда кВт-ч. Это постоянно компенсируется радиоактивным распадом некоторых изотопов в земной коре.

Источниками геотермальной энергии могут быть два типа источников энергии. Первым типом являются подземные бассейны с естественными теплоносителями — горячей водой (гидротермальные источники) или паром (паротермальные источники) или паро-водяной смесью. По сути, это непосредственно работающие «подземные котлы», из которых вода или пар могут быть получены через обычные пробуренные скважины. Второй тип — жара от горячих камней. За счет закачки воды в такие горизонты можно также получить пар или перегретую воду для дальнейшего энергетического использования.

Однако основным недостатком обоих видов использования, вероятно, является очень низкая концентрация геотермальной энергии. Однако в местах, где образуются своеобразные геотермальные аномалии, где горячие источники или горные породы находятся относительно близко к поверхности и где температура повышается на 30-40 С на 100 м погружения на 30-40 С, концентрация геотермальной энергии также может создать условия для ее хозяйственной эксплуатации. В зависимости от температуры воды, пара или паро-водяных смесей геотермальные источники делятся на низкотемпературные и среднетемпературные (с температурой до 1300-150 С) и высокотемпературные (выше 150 ). Способ их использования во многом зависит от температуры.

Можно утверждать, что геотермальная энергия обладает четырьмя преимуществами.

Прежде всего, его запасы почти неисчерпаемы. По оценкам с конца 1970-х годов до глубины 10 км они настолько велики, что в 3,5 тысячи раз превышают запасы традиционных видов минерального топлива.

Во-вторых, геотермальная энергия достаточно широко распространена. Его концентрация относится в основном к зонам активной сейсмической и вулканической активности, занимающим 1/10 поверхности Земли. В пределах этих поясов можно отдельно выделить наиболее перспективные «геотермальные районы», примерами являются Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, Исландия, Камчатка, Северный Кавказ в России. Только в бывшем СССР к началу 1990-х годов было открыто около 50 подземных бассейнов с горячей водой и паром.

В-третьих, использование геотермальной энергии не является дорогостоящим, так как в данном случае это «готовый к использованию» источник энергии, созданный самой природой.

В-четвертых, геотермальная энергия является экологически чистой и не загрязняет окружающую среду.

Долгое время человек использовал энергию внутреннего тепла земли (вспомним хотя бы знаменитые римские бани), но его коммерческая эксплуатация началась только в 1920-х годах со строительства первых геоэлектростанций в Италии, а затем и в других странах. В начале 1980-х годов в мире насчитывалось около 20 таких установок общей мощностью 1,5 млн. кВт. Самая крупная из них — гейзерная станция в США (500 тыс. кВт).

Геотермальная энергия используется для производства электричества, отопления домов, теплиц и т.п. В качестве охлаждающей жидкости используется сухой пар, перегретая вода или любая другая охлаждающая жидкость с низкой температурой кипения (аммиак, фреон и т.д.).

Приливная энергия морей и океанов

Резкий рост цен на топливо, трудности с получением топлива, истощение топливных ресурсов — все эти видимые признаки энергетического кризиса вызвали большой интерес к новым источникам энергии, в том числе морской, во многих странах в последние годы.

Хорошо известно, что запасы энергии в мировом океане огромны, поскольку две трети поверхности Земли (361 млн. км2) занимают моря и океаны: Тихий океан — 180 млн. км2 , Атлантический океан — 93 млн. км2 и Индийский океан — 75 млн. км2 . Таким образом, тепловая энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с поверхностными водами земли, скажем, на 20 градусов, имеет значение около 1026 джоулей. Кинетическая энергия океанических течений оценивается примерно в 1018 Дж. Однако до сих пор человеку удавалось использовать лишь крошечную часть этой энергии, и даже тогда только ценой больших и медленно амортизирующих вложений, так что такая энергия пока казалась бесперспективной.

Энергия океана уже давно привлекает внимание людей. В середине 1980-х годов были введены в эксплуатацию первые промышленные заводы, а также разработки в следующих основных областях: Использование приливной энергии, прибоя, волн, разницы в температуре воды между поверхностными и глубоководными слоями океана, течений и так далее.

Веками люди думали о причинах приливов и отливов. Сегодня мы точно знаем, что мощное природное явление — ритмичное движение морской воды — вызывает гравитационные силы Луны и Солнца. Приливные волны обладают огромным энергетическим потенциалом — 3 миллиарда кВт.

Экспертов все больше интересуют приливно-отливные колебания уровня моря у побережий континентов. На протяжении веков человек использовал энергию прилива, чтобы приводить в движение мельницы и лесопильные заводы. Но с появлением паровоза о нем забыли до середины 1960-х годов, когда во Франции и СССР были созданы первые ПЭС.

Приливная энергия постоянная. По этой причине количество электроэнергии, вырабатываемой приливными электростанциями, всегда может быть известно заранее, в отличие от обычных гидроэлектростанций, где количество вырабатываемой энергии зависит от режима реки, который связан не только с климатическими особенностями местности, через которую она протекает, но и с погодными условиями.

Однако ученые считают технически возможным и экономически целесообразным использовать лишь очень малую часть приливного потенциала Мирового океана — по некоторым оценкам, только 2%. Такие факторы, как характер береговой линии, форма и рельеф морского дна, глубина воды, океанические течения и ветер, играют важную роль в определении технических возможностей. Опыт показывает, что высота приливной волны должна быть не менее 5 м, чтобы PES работала эффективно. Чаще всего такие условия встречаются в мелководных и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Но таких мест в мире не так уж и много: 25, 30 или 40 по разным источникам.

Оценивая экономическую выгоду строительства ПЭС, следует также иметь в виду, что наибольшие амплитуды приливов характерны для умеренных окраинных морей. Многие из этих берегов расположены в незаселенных районах, вдали от основных районов поселения и хозяйственной деятельности, а, следовательно, и потребления электроэнергии. Следует также иметь в виду, что рентабельность государственных служб занятости резко возрастает, когда их мощность увеличивается до 3-5 млн. кВт и даже больше до 10-15 млн. кВт. Однако строительство таких гигантских станций в отдаленных районах также связано с особенно высокими затратами, не говоря уже о сложнейших технических проблемах.

Предполагается, что Атлантический океан обладает самыми большими запасами приливной энергии. В его северо-западной части, на границе между США и Канадой, лежит Фандийский залив — внутренняя узкая часть более открытого Человеческого залива. Его длина составляет 300 км, ширина — 90 км, а глубина у входа — более 200 метров. Этот залив славится самыми высокими в мире приливами и отливами, достигающими 18 метров. Приливы и отливы также очень высоки вблизи Канадского арктического архипелага. Например, они поднимаются на 15,6 м от берега земли Баффина. Приливы и отливы также очень высоки у побережья Канадского арктического архипелага. В Северо-Восточной Атлантике примерно такие же приливы наблюдаются в Английском канале у побережья Франции, в Бристольском заливе и в Ирландском море у побережья Англии и Ирландии.

Запасы энергии приливов и отливов в Тихом океане также высоки. В его северо-западной части выделяется Охотское море, где высота приливной волны в Тугурском и Пензенском заливах составляет 9-13 метров. Значительные приливы наблюдаются также вдоль побережья Китая и Корейского полуострова. На восточном побережье Тихого океана имеются благоприятные условия для приливной активности у берегов Канады, Чилийского архипелага на юге Чили и узкого и длинного Калифорнийского залива в Мексике.

В пределах Северного Ледовитого океана по запасам энергии приливов и отливов находятся Белое море, Мезенская бухта с приливами и отливами высотой до 10 м и Баренцево море у Кольского полуострова (до 7 м). В Индийском океане запасы такой энергии намного меньше. Залив Кач в Аравийском море (Индия) и северо-западное побережье Австралии обычно упоминаются здесь как перспективные для развития ПЭС.

Несмотря на эти, казалось бы, благоприятные природные условия, развитие ПЭС все еще достаточно ограничено. В сущности, можно говорить только о более или менее крупных промышленных «пробегах» ПЭС во Франции, экспериментальной Кислогубской ПЭС на Кольском полуострове (Россия) и канадско-американской ПЭС в заливе Фанди.

При строительстве ПЭС необходимо всесторонне оценивать их воздействие на окружающую среду. Он довольно большой. В районах, где построены крупные ПЭС, высота приливов значительно меняется, нарушается водный баланс в акватории станции, что может серьезно повлиять на рыбную ловлю, разведение устриц, моллюсков и т.д.

Энергетические ресурсы океанов включают энергию волн и температурный градиент. Ветроэнергетика оценивается в 2,7 млрд. кВт в год. Опыт показал, что его следует использовать не вблизи побережья, где волны приходят в ослабленном состоянии, а в открытом море или в прибрежной зоне шельфа. В некоторых морских районах энергия волн достигает значительных концентраций: в США и Японии — около 40 кВт на метр волнового фронта, а на западном побережье Великобритании — до 80 кВт на 1 метр. Использование этой энергии, пусть и на местном уровне, уже началось в Великобритании и Японии. Британские острова имеют очень длинную береговую линию, и во многих местах море долгое время остается неспокойным. По оценкам ученых, энергия морских волн в британских территориальных водах может поставлять до 120 ГВт, что в два раза превышает мощность всех электростанций, принадлежащих Центральному электроэнергетическому управлению Великобритании.

Французский ученый д’Арсонвиль впервые предложил идею использования энергии разницы температур между поверхностными и глубоководными слоями Мирового океана в 1881 году, но первые разработки начались лишь в 1973 году, когда энергия разницы температур между разными слоями Мирового океана оценивается в 20-40 триллионов кВт. Из них можно использовать практически только 4 триллиона кВт.

Принцип работы этих станций следующий: Теплая морская вода (24-32 С) подается в теплообменник, где жидкий аммиак или фреон превращается в пар, который вращает турбину, а затем в следующий теплообменник для охлаждения и конденсации воды с температурой 5-6 С, которая поступает с глубины 200-500 метров. Полученное электричество передается на побережье по подводному кабелю, но также может быть использовано на месте (для извлечения минералов из земли или морской воды). Преимуществом таких растений является возможность доставки их в любой район Мирового океана. Более того, разница в температуре между разными слоями морской воды является более стабильным источником энергии, чем, например, ветер, солнце, морские волны или прибой. Первый такой завод был введен в эксплуатацию в 1981 году на острове Науру. Единственным недостатком таких станций является их географическая связь с тропическими широтами. Наиболее подходящими районами Мирового океана для практического использования температурного градиента являются те, которые лежат между 20 N и 29 S, где температура воды на поверхности океана обычно достигает 270-28 C и составляет всего 40-5 C на глубине 1 километра.

Океан, который составляет 72% поверхности планеты, потенциально имеет различные виды энергии — энергию волн и приливов; энергию химических связей газов, солей и других минералов; энергию течений, которые бесшумно и бесконечно движутся в разных частях океана; энергию градиента температуры и другие, и они могут быть преобразованы в обычные виды топлива. Такое количество энергии и разнообразие ее форм гарантируют, что человечеству не будет не хватать энергии в будущем.

Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из космоса. Он доступен и безопасен, не вредит окружающей среде, он неисчерпаем и свободен. Энергия Солнца исходит из космоса. Он нагревает воздух и создает ветры, которые создают волны. Он нагревает океан, который накапливает тепловую энергию. Он приводит в движение токи, которые одновременно меняют направление под влиянием вращения Земли. Энергия солнечной и лунной гравитации поступает из космоса. Он является движущей силой системы Земля-Мун и запускает приливы и отливы. Океан — это не мелководное, безжизненное водное пространство, а огромный резервуар беспокойной энергии.

Биоэнергия

Биотопливо — это топливо, изготовленное из биологического сырья, обычно получаемого путем переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты различной степени сложности, направленные на производство биотоплива из целлюлозы и различных видов органических отходов, однако эти технологии все еще находятся на ранней стадии разработки или коммерциализации.

Различают жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, таких как этанол, метанол, биодизель), твердое биотопливо (древесина, солома) и газообразное топливо (биогаз, водород).

Существует два основных способа получения топлива из биомассы: через термохимические процессы или через биотехнологическую обработку. Опыт показывает, что биотехнологическая переработка органических материалов является наиболее перспективной. В середине 1980-х годов в разных странах действовали промышленные предприятия по производству топлива из биомассы. Наибольшее распространение получило производство алкоголя.

Одним из наиболее перспективных направлений использования энергии биомассы является производство биогаза, состоящего из 50-80% метана и 20-50% двуокиси углерода. Его теплотворная способность составляет 5-6 тыс. ккал/м3.

Самый эффективный способ получения биогаза из навоза. Из одной тонны можно получить 10-12 кубических метров метана. А, например, при переработке 100 миллионов тонн полевых отходов, таких как солома из зерновых культур, можно получить около 20 миллиардов кубометров метана. Ежегодно в хлопкосеющих регионах остается 8-9 миллионов тонн хлопковых стволов, из которых может быть произведено до 2 миллиардов кубометров метана. Культивированные растения, травы и т.д. также могут быть использованы для тех же целей.

Биогаз можно преобразовывать в тепловую и электрическую энергию и использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтез-газа и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решить три проблемы одновременно: Энергетика, агрохимия (производство удобрений, таких как нитрофоска) и экология. Как правило, заводы по производству биогаза расположены на территории крупных городов, центров по переработке сельскохозяйственного сырья.

Экологические перспективы и проблемы, связанные с нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии

В последние годы стала вполне очевидной тенденция к увеличению использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Проблемы развития возобновляемой энергетики обсуждаются на самом высоком уровне. Так, на Окинавском саммите (июнь 2000 г.) главы государств и правительств восьми государств, включая Президента России, обсудили глобальные проблемы развития мирового сообщества, в том числе проблему роли и места возобновляемых источников энергии. Было принято решение создать рабочую группу для разработки рекомендаций по значительному использованию рынков возобновляемой энергии. Почти во всех развитых странах разрабатываются и осуществляются программы развития возобновляемых источников энергии.

Основным преимуществом возобновляемых источников энергии является неисчерпаемость и чистота окружающей среды. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти особенности послужили причиной быстрого развития возобновляемых источников энергии за рубежом и весьма оптимистичных прогнозов их развития в следующем десятилетии.

По оценкам Американского общества инженеров-электриков, доля электроэнергии, производимой из возобновляемых источников энергии во всем мире, которая в 1980 году составляла 1%, к 2005 году достигнет 5%, к 2020 году — 13%, а к 2060 году — 5%. — 33%. По данным Министерства энергетики США, объем электроэнергии, производимой в этой стране из возобновляемых источников энергии, может увеличиться с 11% до 22% к 2020 году. В странах Евросоюза планируется увеличить долю использования для производства тепловой и электрической энергии с 6% (1996 г.) до 12% (2010 г.). Первоначально ситуация в странах ЕС была иной. И если в Дании доля возобновляемых источников энергии достигла 10% в 2000 году, то в Нидерландах планируется увеличить долю возобновляемых источников энергии с 3% в 2000 году до 10% в 2020 году. Основной результат в общей картине определяет Германия, которая планирует увеличить долю возобновляемых источников энергии с 5,9% в 2000 году до 12% в 2010 году, в основном за счет энергии ветра, солнца и биомассы.

Существует пять основных причин развития возобновляемых источников энергии:

• для обеспечения энергетической безопасности;
• для сохранения окружающей среды и обеспечения экологической безопасности
• завоевание глобальных рынков возобновляемой энергии, особенно в развивающихся странах;
• Сохранение собственных энергоресурсов для будущих поколений;
• увеличение расхода сырья на неэнергетическое топливо.

Степень увеличения использования возобновляемых источников энергии в мире в ближайшие 10 лет показана в таблице 3. Чтобы ощутить масштабность этих цифр, отметим, что электрическая мощность электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии (без крупных ГЭС), составит 380-390 ГВт, что в 1,8 раза больше мощности всех российских электростанций (215 ГВт).

На долю России приходится 45 % мировых запасов природного газа, 13 % нефти, 23 % угля и 14 % урана. Эти запасы топливно-энергетических ресурсов могут обеспечить потребности страны в тепле и электроэнергии на сотни лет. Однако их фактическое использование связано со значительными трудностями и опасностями, не покрывает энергетические потребности многих регионов, связано с безвозвратными потерями топливно-энергетических ресурсов (до 50%) и угрожает экологической катастрофой в местах добычи и производства топливно-энергетических ресурсов. Природа может не выдержать такого испытания. Около 22-25 миллионов человек проживают в районах с автономным энергоснабжением или ненадежным централизованным энергоснабжением, которые занимают более 70% территории России.

Экономический потенциал ВИЭ в России, выраженный в тоннах эквивалентного топлива (т.е. в эквиваленте ), выглядит следующим образом: Солнечная энергия — 12,5 млн., ветровая энергия — 10 млн., геотермальная энергия — 115 млн., энергия биомассы — 35 млн., энергия малых рек — 65 млн., энергия малопотенциальных источников тепла — 31,5 млн.

На эти источники приходится около 30% годового потребления топлива и энергии в России в эквиваленте 916 млн. т.н.э./год, что создает благоприятные перспективы для решения будущих энергетических, социальных и экологических проблем.

Заключение

Роль энергии в поддержании и развитии цивилизации неоспорима. За время существования нашей цивилизации произошло много изменений в традиционных источниках энергии в сторону новых, более совершенных. И не потому, что старый источник был исчерпан!

Рабочая тема «Альтернативные источники энергии» актуальна сегодня, так как при современном состоянии науки и техники энергопотребление может быть покрыто за счет использования органических видов топлива (уголь, нефть, газ), гидроэнергетики и ядерной энергии на основе тепловых нейтронов. Однако, согласно результатам многочисленных исследований, органическое топливо сможет лишь частично покрыть мировую потребность в энергии к 2020 году. Остальную часть спроса на энергию можно удовлетворить за счет других источников энергии — нетрадиционных и возобновляемых.

Данная тема «Альтернативные источники энергии» подробно рассматривается в научных работах следующих авторов: Ю.Е. Аполонов, И.В. Михайлович, В.Н. Благородов, Ю. Твайделл, А. Варе.

Сейчас, в начале 21 века, начинается новый важный этап в развитии земной энергетики. Создана «бережливая» энергия, построенная таким образом, чтобы человек не рубил сук, на которых сидит, заботясь о защите и без того сильно пострадавшей биосферы — альтернативной энергии. Сюда входит солнечная, геотермальная и ветровая энергия, а также энергия биомассы, морской и другой энергии.

В отличие от ископаемых видов топлива (уголь, нефть, газ) нетрадиционные формы энергии не ограничиваются геологически накопленными запасами. Это означает, что их использование и потребление не приводит к неизбежному исчерпанию запасов.

Рассмотренные в данной работе новые схемы преобразования энергии можно обобщить под термином «эко-энергетика», т.е. любой метод производства чистой энергии, не приводящий к загрязнению окружающей среды.

Основным фактором при оценке целесообразности использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии является стоимость произведенной энергии по сравнению со стоимостью энергии, полученной из традиционных источников. Нетрадиционные источники энергии становятся особенно важными для удовлетворения потребностей местных потребителей энергии.

Во-первых, высокая капиталоемкость обусловлена необходимостью создания нового оборудования и технологий. Во-вторых, высокая материалоемкость: для создания эффективных ПЭС требуется, например, огромное количество металла, бетона и т.д. В-третьих, некоторые станции требуют значительного отчуждения от суши или моря. Кроме того, развитию альтернативных источников энергии препятствует также нехватка квалифицированной рабочей силы. Решение этих проблем требует комплексного подхода на национальном и международном уровнях для ускорения их реализации.

На долю возобновляемых (альтернативных) источников энергии приходится лишь около 1% мирового производства электроэнергии. Прежде всего, речь идет о геотермальных электростанциях (GeoTES), которые вырабатывают большую часть электроэнергии в Центральной Америке, на Филиппинах и в Исландии; Исландия также является примером страны, где термальная вода широко используется для отопления, для отопления.

Приливные электростанции (ТЭС) имеются только в нескольких странах — Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии и Китае.

Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 30 странах мира.

В последнее время многие страны расширили использование ветровых турбин (ВЭУ). Большинство из них расположены в Западной Европе (Дания, Германия, Великобритания, Нидерланды), США, Индии, Китае.

Этиловый спирт все чаще используется в качестве топлива в Бразилии и других странах.

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкими эксплуатационными расходами и надвигающейся нехваткой традиционных видов энергии.

По оценкам Европейской комиссии, к 2020 году в Европейском Союзе в сфере возобновляемой энергетики будет создано 2,8 млн. рабочих мест. Индустрия возобновляемых источников энергии будет генерировать 1,1% ВВП.

Учитывая, что в настоящее время на возобновляемые источники энергии приходится менее 6% энергопотребления стран ЕС, необходимо приложить совместные усилия для увеличения этой доли. Это, в свою очередь, создаст возможности для экспорта энергоносителей и улучшения состояния окружающей среды.

Список литературы

1. Аугусто Голдин. Энергетические океаны. — Пер. из Оксфорд Пресс. 2004.
2. Гончар В.И. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии в энергетической программе России — география в школе. 4/2003 — М.: Педагогика, 2008.
3. Кондаков А.М. Альтернативные источники энергии — М.: Прива. 2002 г.
4. Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика. Проблемы с переходом на новые источники энергии. — М.: Наука, 2003.
5. Максаковский В.П. Карта географического мира. Часть третья. — М.: 2002.
6. Мировые энергетические ресурсы. Опубликовано П.С. Неопорожным, В.И. Попковым — М.: Энергоатомиздат. 2005 г.