Альтернативные источники энергии

Пред история

Эта работа посвящена энергии, той самой, без которой не было бы современного общества, привычных удобств, развлечений, современной цивилизации. Жалок был бы человек, не имеющий в своём распоряжении всевозможных энергетических источников, помогающих ему жить. Сегодня в среднем на каждого жителя Земли расходуется примерно 3 — 4 киловатта мощности. По расчётам учёных, если население будет составлять 7,5 миллиарда человек (что ожидается в первой четверти XXI века), то примерная величина энергетической мощности составит почти 30 миллиардов киловатт. А в XX веке потребление энергии составляло примерно 10,5 миллиарда киловатт. Это значит, что человечество установило вдвое больше энергетических источников. А это, в свою очередь, чревато необратимыми последствиями для нашей планеты. Так как при получении энергии осуществляется в том или ином виде сжигание различных видов топлива — газа, угля, нефти, дерева, - при котором происходит выделение больших количеств углекислого газа, накопление которого в атмосфере может привести к так называемому парниковому эффекту. Уже сейчас это явление начинает ощущаться в масштабах всей планеты: растёт средняя температура воздуха, начинается интенсивное таяние льдов, возникают новые пустыни. А значит использование в дальнейшем таких источников энергии не может быть, да и они недолговечны. Мы должны задумываться о более экологически чистых энергетических источниках. Это и есть альтернативная энергетика Неисчерпаемые источники различны, о многих будет сказано в реферате. Я выбрала эту тему, потому что меня интересует не только будущее нашей страны, но и будущее всей Земли. А это будущее основано на альтернативных источниках энергии.

Поиски новых источников энергии — это решение проблемы избежания энергетических кризисов и к тому же очень увлекательное занятие. Моя цель - привлечь внимание людей, которых интересует будущее всей планеты.

Когда-то много лет назад человек овладел огнём. Именно это событие дало начало энергетике. Она развивалась стремительно. И сейчас мы тому свидетели. Но, к сожалению, источники энергии, такие как: уголь, нефть, газ, дерево, недолговечны.

Может быть на наш век и век наших детей хватит, а на век внуков? Вот тут придут на помощь альтернативные источники энергии Всегда будет светить солнце, всегда будут дуть ветра, всегда будет в движении Мировой океан. Эти источники энергии более практичны: их использование не вызывает никаких нежелательных последствий для природы и человека.

Гелиоэнергетика

Самым главным источником энергии является Солнце. Уже в древности люди неразрывно связывали происхождение жизни с Солнцем. Оно являлось божеством во многих религиях. И не случайно — энергия, поступающая на Землю от ближайшей к нам звезды, огромна. Ежесекундно Солнце даёт Земле 80 тысяч миллиардов киловатт, т. е. в несколько тысяч раз больше чем все электростанции мира.

Вопросами концентрации солнечной энергии, преобразованием её в другие виды энергии, удобные для практического применения, занимается гелиоэнергетика. Есть несколько направлений преобразования и использования солнечной энергии. Первое — это использование солнечного излучения для отопления зданий, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения, сушки различных материалов и сельскохозяйственных продуктов, опреснение морской воды,

Основным устройством различных установок, применяемых для этих целей, является коллектор, представляющий собой металлическую раму с трубками, по которым проходит теплоноситель. Со всех сторон коллектор окружён теплоизоляционным корпусом, кроме той стороны, на которую падают солнечные лучи. Эта часть закрыта стеклом. Коллектор, площадь которого 1 м2, даёт в день до 80 литров тёплой воды.

Второе направление использования солнечной энергии — преобразование её в электрическую. Для этого служат солнечные батареи, солнечные электростанции. Солнечная батарея — это полупроводниковые приборы, в которых непосредственно происходит превращение солнечной энергии в электрическую. Они являются достаточно маломощными. Но не смотря на это им нашлось очень ответственное применение. Человечество шагнуло в космос. Задача обеспечения энергией многочисленных механизмов и приборов космических кораблей стала одной из первоочередных. Существующие аккумуляторы, в которых можно было бы запасти электрическую энергию, громоздки и тяжелы. Слишком большая часть полезной нагрузки корабля ушла бы на перевозку источников энергии, которые, кроме того, постепенно расходуясь, скоро превратились бы в бесполезный громоздкий балласт. С этой точки зрения солнечная батарея оказалась очень удобным устройством. На неё и обратили внимание учёные в самом начале космической эры. На сегодняшний день самой крупной в мире является солнечная установка из девяти солнечных батарей общей мощностью 354 МВт расположена в пустыне Мохаве (США).

Солнечные электростанции используют для получения энергии солнечное тепло, которое затем преобразуется в электричество. Уже сейчас они созданы и успешно функционируют. Принцип работы такой электростанции удивительно прост. Основной частью конструкции является вертикальная труба. Воздух, нагреваемый солнцем возле земной поверхности, поднимается по трубе вверх в более холодные и сухие воздушные слои, тем самым, создавая восходящую тягу. Последняя приводит в действие генераторы у подножия, сквозь которые и засасывается новый воздух. В фотопреобразователях солнечных электростанций нет движущихся частей, срок службы составляет десятки лет. Но они занимают большие площади земной поверхности, а если их расположить в пустыне, где солнечная энергия , поступающая на Землю, более интенсивна, то проблема будет возникать при транспортировки энергии.

Также солнечную энергию можно использовать непосредственно из космоса. Проект включает в себя постройку «Энергетических заводов» на орбите, так как энергетический поток от Солнца в 8 раз больше чем на Земле. Первый энергетический завод будет использовать солнечную энергию и отправлять её на Землю в виде микроволнового излучения. Реализация данного проекта достаточно дорогостоящая, так как на орбиту придётся доставить достаточно много различного оборудования. А с другой стороны, воплотив этот проект в жизнь, он позволит нам обеспечить потребности Земли на достаточно долгий период времени.

Гидроэнергетика

Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключённая в текущей воде. Запасы воды на Земле очень велики: вода покрывает около трёх четвертей Земли. Все реки Земли не могут полностью обеспечить энергией потребности будущего общества. Но возможно, на многие тысячелетия потребности человечества в энергии могли бы быть удовлетворены, если бы мы научились извлекать её из гигантского природного аккумулятора — Мирового океана. Учёные настойчиво ищут пути использования этих колоссальных ресурсов.

Океан — сосредоточие механической, тепловой и химической энергии, источник вечной и неиссякаемый. Поэтому тысячи исследователей в десятках лабораторий мира ищут пути извлечения этой энергии из океана и превращения её в удобные для использования виды, в основном путём преобразования в электрическую.

Многие века задумывались люди над тем, что заставляет могучие воды океана с точностью хронометра дважды в сутки подниматься и опускаться. Теория всемирного тяготения, предложенная Ньютоном, смогла правильно истолковать загадочное явление. Именно притяжение Солнца и Луны создаёт гигантскую приливную волну. Её энергия колоссальна. Трение приливной волны о дно берега затормаживает даже вращение Земли. Разумеется, за время жизни одного поколения это торможение совершенно не ощутимо, но за миллионы лет счёт времени пойдёт уже не на секунды. За последние 400 миллионов лет длина земных суток из-за этого торможения увеличилась на целых два часа — с 22 до 24 часов. Общий энергетический потенциал прилива — 1,7 миллиарда киловатт и с которых примерно одна треть приходится на долю морского прилива у берегов.

Первыми догадались использовать эту энергию мельники. В устьях реки, где прилив особенно высок, они строили дамбы, создавая резервуары для накопления воды, вращающей потом водяные колёса.

В 1968 году заработала первая крупная электростанция. В устье французской реки Ране, вблизи города Сен-Мало, дали ток 24 турбины мощностью 10 тысяч киловатт каждая. Постройка таких электростанций доставляет много сложностей в изготовлении и транспортировки громоздких блоков. Но более сложными могут стать экологические проблемы — они оказывают влияние на ход приливов.

Уже много лет размышляют специалисты над проблемой использования энергии волн. Первыми создателями действующих устройств, преобразующих энергию волн в электрическую. , были японские инженеры. Они создали портовые бакены, которые светили, используя электричество, рождённое энергией волн.

В океане текут могучие реки — течения, практически постоянные по направлению. Крупнейшее из них — Гольфстрим и Куросио, соответственно, 83 и 55 миллионов кубических метров воды в секунду. С точки зрения энергетики, это означает примерно 3 миллиарда киловатт. Учёные подсчитали: если удастся извлечь хотя бы 4% заключённой в течение энергии, мощность станции могла бы составить один-два миллиона киловатт.

Даже стеклянный стакан при наполнение водой приобретает крошечный электрический заряд. Канадские учёные предположили, что при постоянной прокачке воды, можно производить электрический ток. А когда им удалось зажечь электролампу, их радости не было придела. Новый источник энергии можно применять практически везде. Одним из первых возможных применений водной подзарядки может быть питание мобильников и калькуляторов.

Разумеется, малая энергетика не в состоянии заменить действующие ТЕЦ и крупные ГЭС, но являются хорошим резервом.

Ветроэнергетика

Рассмотрим источник энергии — ветер. Для начала нужно разобраться, как появляется ветер. Солнце по-разному обогревает разные участки земной поверхности — горы и долины, океаны и сушу. Возникающая при этом разность температур и давлений приводит в движение огромные воздушные массы. Возникает ветер.

Ещё в древности люди использовали энергию ветра. Появились паруса, воздушные и водяные колёса.

Парус стал верным помощником мореходов в нелёгких странствиях. Много лет он служил единственным источником движущей силы для морских кораблей. Благодаря парусным кораблям были сделаны Великие Географические открытия. В наше время всё больше и больше появляется проектов современных парусников. Даже предлагают выше поднять парус, для того чтобы движение судна обеспечивалось только силой ветра.

Силу ветра использовали и с давних времён в ветряных мельницах. Но у неё был существенный недостаток энергоносителя — непостоянство ветра.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышает запасы гидроэнергии всех рек планеты. Ветровая энергия экологически чиста, безопасна и надежна в качестве ресурса для производства электричества. Ветровые электростанции не загрязняют воздух и не создают отходов. Это индустрия будущего и высоких технологий. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры — от лёгкого ветерка, до могучих ураганов. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живём. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все её потребности в электроэнергии. Наиболее перспективными районами для этих целей являются Приморье, южная часть Охотского моря, регион охватывающий Западную Сибирь и Прибайкалье. В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Это связано с непостоянством и изменчивостью ветра.

С непостоянством ветра можно бороться по-разному: научиться аккумулировать энергию ветра или накапливать энергию, когда он силён, а потом использовать в тех местах, где это необходимо. Пока что такая задача далека от решения, хотя определённые пути уже просматриваются.

В начале XX века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появились множество проектов ветроагрегатов. Более перспективны являются летающие ВЭС, так как в так называемой свободной атмосфере воздушные течения более сильные. Поднять туда ветряки можно с помощью аэростатов или аэродинамических платформ. Запасы ветровой энергии на высоте 5 км в 3-5 раз выше, чем в 100 м от земли. Максимальную мощность можно получить на высоте около 9 км. Но такой вид перехвата энергии вызывает немало трудностей, одной из главных проблем является большой собственный вес троса, держащего аэростат. Наземные ветродвигатели менее энерговырабатывающие, они занимают огромные площади, создают помехи для воздушного сообщения, пролета птиц, не исключаются и аварии – отрыв лопастей при сильном ветре, при обледенении. Но, не смотря на это, за последние 10 лет мощность ветроустановок в мире увеличилась в 9 раз и достигла 20000 МВт (мощность двадцати типовых реакторов АЭС)

Геотермическая энергетика

Мы ходим по Земле и не ощущаем её внутреннего тепла. А ведь на глубине

2000 — 3000 метров температура горных пород достигает 100 °С. Вода, попадая по трещинам и водоносным пластам на такие глубины, нагревается и начинает кипеть. По трещинам, щелям в земной коре горячая вода и пар поднимаются на поверхность — образуются горячие геотермальные источники. И естественно, люди стремятся использовать энергию этих источником. Геотермальные ресурсы огромны. Их запас можно считать практически неисчерпаемым. Например, Солнцу, потребуется боле 40 млн. лет, чтобы подарить Земле такое количество теплоты, которое уже аккумулировано в её недрах.

Горячая вода и пар из геотермальных источников служат для получения электрической энергии. ГеоТЭС практически не отличается от тепловой электростанции. Только источник энергии в ней не топливо, а внутреннее тепло Земли. На ГеоТЭС нет ни паровых котлов, ни топливных систем, ни высоких труб. Они строятся в первую очередь в тех местах, где сильна вулканическая деятельность. Первая геотермальная энергоустановка была построена в 1904 г. в районе Лардерелло на севере Италии.

Подземные паровые котлы можно сделать и искусственно. Для этого в глубине земли мощным взрывом создают большую полость, в которую потом насосами закачивают холодную воду. Она отбирает энергию от глубоколежащих пород, и по другой системе труб уже нагретая вода и пар идут на электростанцию. Так человек превращает энергию глубоких слоев Земли и жар вулканов в новый источник энергии.

Несмотря на существенное преобладание этого вида энергетики над другими, у нее есть ряд недостатков: трудно оценить эффективность источника и место бурения скважины к нему, наличие сильного шума в связи с расширением газов при выходе на поверхность, а также инициирования сейсмической активности в районе электростанций.

Экзотические источники энергии

Существуют и совсем необычные источники энергии. Например кукуруза, спирт, всяческие растения, масла, бактерии, древесина, навоз, отходы сельскохозяйственного производства и мусор.

Почти пятая часть урожая кукурузы теперь идёт не на корм для животных, а на производство горючего. В 2005 году из кукурузы было сделано 18,92 миллиарда литров эталона на 112 заводах. При таких темпах роста потребления биотоплива к 2008 году на его производство уже потребуется половина всей выросшей в США кукурузы.

Биодизель — жидкая разновидность биотоплива, то есть такого топлива, что производится из любого возобновляемого в природе сырья. Он изготовлен преимущественно на основе растительных масел по следующей технологии: с помощью добавления метанола из жиров, содержащихся в масле, выделяются эфиры жирных кислот; получившийся изменённые, насыщенный эфирами продукт переработки растительных жиров затем обычно смешивают с дизельным топливом в разных пропорциях, от чего и зависит качество и свойства топлива. Смесь дизельного топлива с биологическим обозначается буквой В, причём цифра при букве означает процентное содержание растительного топлива. Так, при В2 мы имеем 2% натурального топлива и 98% дизельного топлива. Следовательно В100 — 100% экологичное топливо.

Ещё экзотичнее уже существующие проекты крупномасштабного производства водорода с помощью бактерий. Процесс идёт по схеме фотосинтеза: солнечный свет поглощается, например, сине-зелеными водорослями, которые довольно быстро растут. Эти водоросли могут служить пищей для некоторых бактерий, в процессе жизнедеятельности выделяющих из воды водород.

Биомасса удовлетворяет около 14% потребности человечества в энергии, занимая 4 место среди всех энергоносителей. В развивающихся странах за счет биомассы вырабатывается 35% энергии.

Заключение

В процессе производства энергии наша планета (атмосфера, земля, реки, моря) постепенно превращаются в экологически опасную свалку, так как самый крупный недостаток энергетических установок на ископаемом топливе — большой объем отходов (как твердых, так и газообразных). Шлаки, зола, выделяемые газы засоряют территорию. Тем не менее энергетические ресурсы почти всех стран на 70-90% представляют собой именно ископаемое топливо. Оно, самое дешевое и эффективное, пока остается основой энергетики( на 75%). Но этого топлива «отпущено» нам далеко в неограниченном количестве. Существование человечества в его современном виде при использовании только традиционного топлива ограниченно во времени. Поэтому, если не изменить структуру топливно-энергетического комплекса, то проблема обеспечения землян энергией в скором будущем будет одной из самых острых, так как будет угрожать основе существования самой цивилизации.

Решение этой проблемы видится в использовании так называемых альтернативных источников энергии. За альтернативной энергетикой будущее, но это будущее наступит не скоро. Даже через 30 лет на ветре, солнце, приливах-отливах, вулканах и гейзерах можно будет вырабатывать не более 15-20% всей необходимой человечеству энергии. Но рано или поздно альтернативная энергетика внесет по-настоящему реальный вклад в мировую энергетику.