Энергосбережение, использование нетрадиционных источников энергии

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

университет сервиса и экономики»

 

Институт региональной экономики и управления

Кафедра «Экономика и управление учреждениями здравоохранения»

 

 

 

РЕФЕРАТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭКОЛОГИЯ»

на тему: «Энергосбережение, использование нетрадиционных источников энергии»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент: 1 курса

Заочной формы обучения

Специальность 190600.62

«Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

Соколов Максим Николаевич   

Шифр студента: 101010

Проверил(а)_______________

(подпись) 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………….………..3

1.Основная часть……….………………………………………………....……….3

1.1. Энергосбережение…..……………………………………………….…….....4

1.2. Возобновимые источники энергии………………………….……….……...5

1.2.1. Энергия солнца…………………………….……………………………….6

1.2.2. Энергия ветра….…………………………………………........................…8

1.2.3. Энергия воды….…………………………...……………………………….9

1.2.4. Геотермальная энергия…………………………………….......................11

1.2.5. Энергия биомассы….……………………...……………….......................12

1.3. Атомная энергия………………………………………………………….....13

1.4. Термоядерная энергия………………………...………………….................14

Заключение…………...……………………………………..……………………17

Список использованной литературы ………………………………………..…18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современное общество зависит от электроэнергии, являющейся главным видом доступной энергии, а большая часть электроэнергии производится с использованием невозобновляемых ресурсов. Электричество используется в быту и на производстве для освещения и отопления, а также в технологических процессах. Энергетические ресурсы — это любые источники механической, химической и физической энергии. Их можно классифицировать по источникам и местоположению, скорости исчерпания, возможности самовосстановления и другим признакам. [2]

Мировое потребление энергии неуклонно растет. За период с 1970 по 1990 гг. использование энергии в величинах нефтяного эквивалента возросло с 5 до 8,8 млрд т. По прогнозам Мировой энергетической конференции, спрос на энергию к 2020 г. может увеличиться еще на 75%. Доминирующим источником энергии по-прежнему остается ископаемое топливо.

Доступные запасы нефти и газа примерно на два порядка превышают их современное годовое извлечение, запасы угля - на три порядка. Другими словами, сравнивая цифры, относящиеся к оценке разведанных запасов наиболее доступных видов топлива (второй столбец цифр), с цифрами их современного потребления (третий столбец), можно назвать максимальное время, на которое этих запасов может хватить. Для подвижной нефти - это 65 лет, для газа - 44 года, для угля - 320 лет. Учитывая, что потребление продолжает расти, реальные значения должны быть заметно меньше.[1]

Для решения энергетической проблемы техническими средствами специалисты предлагают два противоположных сценария: развитие новой техники производства энергии и развитие техники экономии энергии.[2]

 

 

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

1.1. Энергосбережение

Устойчивое развитие экономики зависит от сокращения отходов производств и жизнедеятельности. По оценкам специалистов, их можно легко уменьшить - в промышленности более, чем на 1/3 за счет перестройки производственных процессов. [2]

Политика энергосбережения является выгодной и с экономической, и с природоохранной точек зрения. Ведь чем меньше сжигается топлива, тем меньше загрязнение среды. К тому же экономия, полученная при отказе от строительства новых электростанций, облегчит финансирование установки скрубберов и других очистных сооружений на уже действующих объектах.

Существует ряд предложений, призванных экономить энергию:

• Аккумулирование энергии. Более широкое применение могло бы найти использование мощности базового режима электростанции для накачки сжатого воздуха в подземные полости. Турбины, работающие на сжатом воздухе, позволили бы экономить первичные энергоресурсы в периоды повышенной нагрузки.
• Передача электроэнергии. Большие энергетические потери связаны с передачей электроэнергии. Для их снижения расширяется использование линий передачи и распределительных сетей с повышенным уровнем напряжения. Альтернативное направление – сверхпроводящие линии электропередачи. Электросопротивление некоторых металлов падает до нуля при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. По сверхпроводящим кабелям можно было бы передавать мощности до 10000 МВт, так что для обеспечения электроэнергией всего Нью-Йорка было бы достаточно одного кабеля диаметром 60 см.
• Водород как теплоноситель. Водород – это легкий газ, но он превращается в жидкость при -253° C. Теплотворная способность жидкого водорода в 2,75 раза больше, чем природного газа. У водорода имеется и экологическое преимущество перед природным газом: при сжигании в воздухе он дает в основном лишь пары воды.
• Магнитогидродинамика (МГД). Это метод, позволяющий более эффективно использовать ископаемые энергоносители. Идея состоит в том, чтобы заменить медные токовые обмотки обычного машинного электрогенератора потоком ионизованного (проводящего) газа. Наибольший экономический эффект МГД-генераторы могут давать, вероятно, при сжигании угля. Поскольку в них нет движущихся механических частей, они могут работать при очень высоких температурах, а это обеспечивает высокий КПД.[4]

 

1.2. Возобновимые источники энергии

Выделяют четыре направления энергетики: традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты); гидроэнергетика; атомная энергетика; возобновляемые источники энергии (ВИЭ). [4]

Получение электричества за счет сжигания ископаемого топлива сопровождается появлением большого количества загрязняющих веществ, в том числе твердых частиц, окислов серы и окислов азота. Тепловое загрязнение влияет на репродуктивные способности организмов, на их способность добывать пищу, сопротивляться болезням и избегать хищников. Повышенные температуры способны изменить структуру водных сообществ в сторону их упрощения. Тепловые электростанции, расположенные вблизи природных теплых вод, наносят, по всей вероятности, наибольший ущерб природе.[2]

Использование невозобновимых энергоресурсов ископаемых топлив создает самые серьезные экономические и экологические проблемы, но все же человек намного меньше использует возобновимые энергоресурсы. Не потому, что они меньше (они намного больше), а потому, что их колоссальная энергия непостоянна, распределена на больших пространствах, мало концентрирована и плохо поддается контролю. [1]

Мировая энергетическая система, основанная на высокоэффективном использовании возобновляемых источников энергии, должна быть не только менее централизованной, но и менее уязвимой при различных экономических потрясениях. По прогнозу к 2020 г. эти источники заменят около 2,5 млрд. т топлива, их доля в производстве электроэнергии и теплоты составит 8%. [2]

В России накоплен определенный опыт в области нетрадиционной энергетики. Уже разработаны проекты и осуществляется строительство геотермальных электростанций, мощность которых составит к 2000 г. 250 мегаватт, а ветроустановок - 200 мегаватт. Многие российские установки не имеют аналогов в мировой практике. В первую очередь, это ветроустановки с повышенным сроком службы, применением специальных зеркал и комплексное оборудование для геотермальных электростанций. Выдвигается проект создания Международного центра по возобновляемым источникам энергии. Основные функции предполагаемого Центра: научные исследования, проектные разработки, содействие распространению передовых технологий.

 

1.2.1. Энергия солнца

Солнце — источник энергии очень большой мощности. 22 дня солнечного сияния по суммарной мощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органического топлива на Земле. Проблема в том, как использовать солнечную энергию в производственных и бытовых целях. На практике солнечная радиация может быть преобразована в электроэнергию непосредственно или косвенно.

Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую может быть осуществлено с использованием фотоэлектрического эффекта (см. рис. 1). Элементы, изготовленные из специального полупроводникового материала, например силикона, при прямом солнечном облучении обнаруживают разность в вольтаже на поверхности, т. е. наличие электрического тока. Преимущество этой системы — в равной эффективности независимо от того, используется ли она в малых элементах — для электроснабжения камеры или в крупных комплексах — для больших зданий. В то же время они дороги, малоэффективны и нуждаются в системе аккумуляторов (обычно батарей) для обеспечения непрерывного энергоснабжения ночью и в пасмурные дни.

Стоимость солнечных батарей быстро уменьшается (в 1970г. 1 кВт-ч электроэнергии, вырабатываемой с их помощью стоил 60 долл., в 1980 г - 1 долл., сейчас — 20-30 центов). Благодаря этому спрос на солнечные батареи растет на 25 % в год, ежегодный объем их продажи превышает (по мощности) 40 МВт. КПД солнечных батарей достигавший в середине 70-х годов в лабораторных условиях 18% составляет в настоящее время 28,5 % для элементов из кристаллического кремния и 35 % - из двухслойных пластин из арсенида галлия и антимода галлия. Разработаны многообещающие элементы из тонкопленочных (толщиной 1-2 мкм) полупроводниковых материалов: хотя их КПД низок (не выше 16 % даже в лабораторных условиях), стоимость очень мала (не более 10% от стоимости современных солнечных батарей).

Энергия солнца, как полагают эксперты, — квинтэссенция энергетики, поскольку фотоэлектрические установки не оказывают воздействия на природную среду, бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде. Их можно монтировать в отдаленных или засушливых районах, мощность таких установок составляет от нескольких ватт (портативные модули для средств связи и измерительных приборов до многих мегаватт (площадь несколько миллионов квадратных метров).[2]

 

 

1.2.2. Энергия ветра

Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью — в этом их существенное преимущество перед самим солнечным излучением.[3]

Энергия ветра - это косвенная форма солнечной энергии, являющаяся следствием разности температур в атмосфере земли. В 80-е гг. стоимость 1 кВт*ч ветровой энергии была снижена на 70% и теперь составляет 6 - 8 центов, что делает ее конкурентоспособной по отношению к энергии, получаемой на новых тепловых электростанциях, сжигающих уголь. Специалисты уверены, что ветряные турбины скоро будут усовершенствованы и станут эффективными. [2]

Первая в нашей стране ветровая электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. под Курском по проекту инженеров А.Г.Уфимцева и В.П.Ветчинкина. Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС мощностью 100 кВт, которая была по тем временам самой крупной ВЭС в мире. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, в подавляющем большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению ветра. Намного реже применяются устройства с вертикальным валом.

Кинетическая энергия, переносимая потоком ветра в единицу времени через площадь в 1 м2 (удельная мощность потока), пропорциональна кубу скорости ветра. Ветровое колесо, размещенное в свободном потоке воздуха, может в лучшем случае теоретически преобразовать в мощность на его валу 16/27=0,59 (критерий Бетца) мощности потока воздуха, проходящего через площадь сечения, ометаемого ветровым колесом. В действительности КПД ниже и достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м/с может иметь мощность на валу в лучшем случае 85 кВт.

Ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и, генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей. итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности либо малую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит.

Значительные успехи в создании ВЭС были достигнуты за рубежом. Во многих странах Западной Европы построено довольно много установок по 100-200 кВт. Во Франции, Дании и в некоторых других странах были введены в строй ВЭС с номинальными мощностями свыше 1 МВт.

Если рассматривать ветряки с точки зрения экологии и безопасности, то совершенно ясно, что даже к одному работающему ветряку близко подходить не желательно, и притом с любой стороны, так как при изменениях направления ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения же сотен, тысяч и тем более миллионов ветряков потребовались бы обширные площади в сотни тысяч гектаров. Минимальное расстояние между ветряками должно быть не менее их утроенной высоты.

При этом необходимо иметь в виду, что уже ничего другого на этой площади делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают значительный шум, и что особенно плохо — генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого, ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни. Поэтому было выдвинуто предложение о размещении систем ветряков в открытом море. [3]

 

3. Энергия воды

Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Существуют два основных метода преобразования энергии воды в электроэнергию.[2]

На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока. Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт.