Альтернативные виды источников энергии

Поэтому волновую энергетику следует рассматривать только как  дополнительный к традиционным источник энергии, который может иметь значение только в некоторых районах мира.    

4) Приливные электростанции

В прибрежной зоне приливные  волны проявляются в периодическом  подъеме и опускании уровня. В  узостях приливы часто проявляются  в виде мощных течений. В некоторых местах высота прилива достигает значительной величины – 12-20 м. Энергия приливных волн огромна.

Человек уже давно  начал использовать энергию приливов. Так, приливные мельницы использовались в 15 веке в Англии, были широко распространены на северо-восточном побережье Канады в 17 веке.

Для концентрации водного  напора на станции плотина отделяет часть акватории. В теле плотины  размещаются гидрогенераторы, водопропускные сооружения, здание станции. Величина напора зависит от колебаний уровня по обе стороны плотины. Колебания во внешнем бассейне определяются местным приливом, колебания во внутреннем бассейне определяются расходами воды при работе станции. Приливные станции относятся к низконапорным гидротехническим сооружениям, в которых водяной напор не более 15-20 м. 

Первая в мире приливная  гидроэлектростанция мощностью 320 МВт  была запущена в 1966 г. устье реки Ранс (Франция). Первая приливная электростанция в нашей стране, имеющая два  гидроагрегата по 400 кВт каждый, была построена в Кислой губе на Баренцевом море в 1968 г. Несколько приливных станций проектируется и уже построено в заливе Фанди, который характеризуется самыми высокими приливами в мире. Опыт строительства и эксплуатации подобных станций показал, что они экономически оправданы, и издержки их эксплуатации гораздо ниже, чем при эксплуатации обычных ГЭС. Наиболее развитым в мире рынком электроэнергии, выработанной посредством волн и приливов, является Шотландия, где установлены самые большие приливные турбины.    Использование энергии приливов ограничивается, в основном, высокой стоимостью сооружения. Кроме того, как оказалось, приливные станции характеризуются отрицательным влиянием на окружающую среду. Сооружение плотины приведет к увеличению амплитуды прилива. Даже небольшое повышение амплитуды прилива вызовет значительное изменение распределение грунтовых вод в береговой зоне, увеличит зону затопления, нарушит циркуляцию водных масс, изменит ледовый режим в части бассейна за плотиной и т.д. 

Сооружение плотины  должно вызвать и важные биологические последствия. В бассейне за плотиной работа станции будет оказывать воздействие на литораль (зона между наивысшей точкой затопления во время прилива и нижней, обнажающейся при отливе). Плотина может оказать вредное воздействие не только на местные сообщества, но и на мигрирующие виды. Например, по оценкам биологов строительство плотины в Пенжинской губе Охотского моря нанесет непоправимый вред популяции охотоморской сельди. При строительстве плотин в зоне умеренного климата возможно образование зоны сероводородного заражения, подобной тем, которые наблюдаются в заливах и бухтах, имеющих естественные пороги. Фиорды Скандинавского полуострова, имеющие естественный порог, представляют собой классический пример такого естественного сероводородного заражения.

5) Ветровая энергетика 

Человечество давно  использует энергию ветра. Парусные суда – основной вид транспорта, который в течении столетий обеспечивал  связь людей различных континентов, представляют наиболее яркий пример использования ветровой энергии. 

Другой, хорошо известный  пример эффективного использования  ветровой энергии, – ветряные мельницы. Ветряки широко использовались для  откачки воды из колодцев. В конце  прошлого века наступил новый этап использования ветровых установок – они начали применяться для выработки электроэнергии. В тридцатые годы нашего века миллионы ветровых электрогенераторов мощностью около 1 кВт использовались в сельской местности Европы, Америки, Азии. По мере развития центрального электроснабжения распространение ветровых электрогенераторов резко упало. С ростом стоимости ископаемого топлива и осознания экологических последствий его применения надежды многих исследователей опять стали связываться с ветровой энергетикой. 

Действительно ветровой потенциал огромен – около 2000 ТВт составляет мощность ветрового потока в атмосфере. Использование даже небольшой части этой мощности привело бы к решению энергетических проблем человечества. 
    Ветровая энергетика не потребляет ископаемое топливо, не использует воду для охлаждения и не вызывает теплового загрязнения водоемов, не загрязняет атмосферу. И, тем не менее, ветровые электрогенераторы имеют широкий спектр отрицательных экологических последствий, выявленных только после того, как в 1970 годы начался период возрождения ветровой энергетики. 
    Главные недостатки ветровой энергетики – низкая энергетическая плотность, сильная изменчивость в зависимости от погодных условий, ярко выраженная географическая неравномерность распределения ветровой энергии. Обычно рабочий диапазон скоростей ветра крупных ветровых установок составляет от 5 до 15 м/с. При скорости ветра меньшей 5 м/с эффективность работы установки падает, при скоростях ветра больших 15 м/с велика вероятность поломки конструкции, прежде всего лопастей. Размещение генераторов на больших высотах (там, где больше скорость) выдвигает повышенные требования к прочности конструкции высотных мачт, которые должны обеспечивать удержание при мощной ветровой нагрузке ротора, коробки передач и генератора. Разработка и создание более надежных конструкций значительно удорожает стоимость ветровых установок, хотя себестоимость ветровой электроэнергии примерно в 1.5-2 раза ниже себестоимости электроэнергии, полученной в фотоэлектрических преобразователях.  
    Еще одной важной проблемой использования ветровых генераторов являются сильные вибрации их несущих частей, которые передаются в грунт. Значительная часть звуковой энергии приходится на инфразвуковой диапазон, для которого характерно отрицательное воздействие на организм человека и многих животных. Так как скорость вращения лопастей ветровых генераторов близка к частоте синхронизации телевидения ряда стран, то работа ветровых генераторов нарушает прием телепередач в радиусе 1-2 км от генератора. Ветровые генераторы являются также источниками радиопомех. Вращение лопастей ветровых генераторов губит птиц. Так как обычно ветровые установки располагаются в больших количествах в районах сильных ветров (хребты, морское побережье), то они могут приводить к нарушению миграции перелетных птиц. Модуляция ветрового потока лопастями создает некоторое подобие регулярных структур в воздухе, которые мешают ориентации насекомых. В Бельгии установили, что это приводит к нарушению устойчивости экосистем полей, расположенных в зоне ветровых установок, в частности наблюдается падение урожайности. 
    Наконец, ветровая энергетика требует больших площадей для размещения установок. Поэтому системы ветровых установок стараются размещать в безлюдной местности, что в свою очередь удорожает стоимость передачи энергии. 
    В настоящее время в мире начался период перехода от исследовательских работ в области ветровой энергетики к их широкому внедрению. Темпы развития ветровой энергетики в таких странах как США, Бельгия, Великобритания, Норвегия, имеющих высокий ветроэнергетический потенциал, остаются очень высокими.

6) Геотермальная энергетика

Геотермальная энергия  – это энергия, внутренних областей Земли, запасенная в горячей воде или водяном паре. В 1966 г. на Камчатке в долине реки Паужетка была пущена первая в СССР геотермальная тепловая станция мощностью 1,1 МВт. В отдаленных районах стоимость энергии, получаемой на геотермальных станциях, оказывается ниже стоимости энергии, получаемой из привозного топлива. Геотермальные станции успешно функционирует в ряде стран – Италии, Исландии, США. Первая в мире геотермальная электростанция была построена в 1904 г. в Италии. Геотермальная энергия в Исландии начала использоваться в 1944 г. Однако интерес и использование геотермальной энергии резко выросли в 60-70 годы   В США в Калифорнии в начале 90 годов действовало около 30 станций общей мощностью 2400 МВт. Пар для этих станций извлекался с глубин от 300 до 3000 м. В этом штате США за 30 лет мощность геотермальных станций возросла почти в 200 раз. Таковы темпы развития геотермальной энергетики. Наиболее доступна геотермальная энергетика в зонах повышенной вулканической деятельности и землетрясений. Такая привязка к определенным районам является одним из недостатков геотермальной энергетики. Гейзеры – это хорошо известная форма поступления на поверхность Земли горячей воды и пара. По оценке Геологического управления США разведанные источники геотермальной энергии могли бы дать 5-6% современного потребления электроэнергии в стране. Оценка перспективных источников дает величину примерно в 10 раз большую. Однако эксплуатация некоторых этих источников пока нерентабельна. Наряду с этими ресурсами, которые могут быть использованы для выработки электроэнергии, в еще большем количестве имеется вода с температурой 90-150⁰С, которая пригодна как источник тепла для обогрева. В перспективе для извлечения энергии из недр Земли можно использовать не только запасы горячей воды и пара, но и тепло сухих горных пород (такие области сухих горных пород с температурой около 300⁰С встречаются значительно чаще, чем водоносные горячие породы), а также энергию магматических очагов, которые в некоторых районах расположены на глубинах в несколько километров. 

Наиболее оптимальная  форма – сухой пар. Прямое использование  смеси пара и воды невозможно, т.к. геотермальная вода содержит обычно большое количество солей, вызывающих коррозию, и капли воды в паре могут повредить турбину. Наиболее частая форма поступления энергии – просто в виде горячей воды, прежде всего для получения тепла. Эта вода может быть использована также для получения пара рабочей жидкости, имеющей более низкую температуру кипения, чем вода. Так как геотермальный пар и вода имеют сравнительно низкую температуру и давление, КПД геотермальных станций не превышает 20%, что значительно ниже атомных (30%) и тепловых работающих на ископаемом топливе (40%).

Использование геотермальной  энергии имеет и отрицательные  экологические последствия. Строительство  геотермальных станций нарушает «работу» гейзеров. Для конденсации  пара на геотермальных станциях используется большое количество охлаждающей воды, поэтому геотермальные станции являются источниками теплового загрязнения. При одинаковой мощности с ТЭС или АЭС геотермальная электростанция потребляет для охлаждения значительно большее количество воды, т.к. ее КПД ниже. Сброс сильно минерализованной геотермальной воды в поверхностные водоемы может привести к нарушению их экосистем. В геотермальных вода в больших количествах содержится сероводород и радон, который вызывает радиоактивные загрязнения окружающей среды.

Возобновляемые источники энергии – это то решение, которое сегодня может спасти человечество от разрушения вследствие полного истощения   природных запасов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

В настоящее время  когда население планеты растет, традиционные источники энергии истощаются и в виду своей специфики загрязняют окружающую среду. Отличным решением для людей, думающих о завтрашнем дне, будут альтернативные источники энергии. Альтернативные источники энергии: за ними будущее.

Альтернативные источники  энергии все чаще упоминаются  в связи с грозящим человечеству в перспективе энергетическим кризисом. В качестве топлива целесообразнее использовать возобновляемые природные  факторы привлекательность  и  экономичность многих альтернативных источников энергии мы хотели изложить в своей работе.

 

Список литературы

1.   Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии – М: Недра, 1998 – 254 с.

2. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников        энергии в России - Наука, 2002 – 300 с.

3. Удалов С. Н. Возобновляемые источники энергии – СПб: Просвещение, 2000 – 300 с.

4. Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики  Пемза: Искра, 2002 – 290 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Эксперимент:  1.Собрать и продемонстрировать топливный элемент

                          2.Использование топливного элемента для движения

        транспорта

                           3.Химический метод получения водорода.

Топливный элемент - устройство, которое преобразовывает топливо, такое как водород, алкоголь, бензин, или метан непосредственно в электричество. Водородный топливный элемент производит электричество без каких-либо загрязнений, так как чистая вода - единственный побочный продукт. Водородные топливные элементы используются в космических аппаратах и других высокотехнологичных устройствах, где необходим чистый, эффективный источник энергии.

Топливный элемент - устройство, которое преобразовывает топливо, такое как водород, алкоголь, бензин, или метан непосредственно в электричество. Водородный топливный элемент производит электричество без каких-либо загрязнений, так как чистая вода - единственный побочный продукт. Водородные топливные элементы используются в космических аппаратах и других высокотехнологичных устройствах, где необходим чистый, эффективный источник энергии.

Вы можете сделать  водородный топливный элемент на вашей кухне за 10 минут, и продемонстрировать, как водород и кислород можно  объединить для получение чистой энергии.

Чтобы сделать топливный  элемент, нам понадобится следующее:

• 30 см никелевой проволоки покрытой платиной, или чисто платиновой проволоки. Так как платиновая проволока это не очень распространенная в быту вещь, мы используем никелевую проволоку покрытую платиной.
• Палочка от мороженого или подобный маленький кусок древесины или пластмассы.
• Клипса для 9-вольтовой батареи.
• 9-вольтовая батарея.
• Кусок прозрачной липкой лентой.
• Стакан воды.
• Вольтметр.

Первым делом мы разрезаем  платиновую проволоку на два куска  длиной по 15 см, и сворачиваем каждую часть в маленькую пружинку, которая будет электродом в топливном элементе.   Самое важное в процессе получения водорода, как впрочем, и в любой другой химической реакции,  – это безопасность, потому следует помнить о том, что заниматься этим опытом  необходимо на открытом воздухе, потому, что этот газ легче воздуха и может собираясь под потолком помещения, образует взрывоопасную смесь. Учитывая  эти меры предосторожности, можно приступать. Для получения водорода я использовала реакцию алюминия и раствора щелочи. Реактивы для получения водорода требуются самые простые, доступные и довольно безвредные. Нам потребуется: колба или пол-литровая стеклянная бутылка,  пробка с отверстием, газоотводная  трубка, 10 грамм медного купороса, 10 грамм  алюминия, 20 грамм поваренной соли, 200 грамм воды, воздушный шарик. Медный купорос можно купить в ближайших хозтоварах или магазинах садово-огородного направления. В качестве источника алюминия применяем использованные пивные банки, ложки, проволоку.    Если вы используете банки из под напитков, то их сначала нужно обжечь, чтобы удалить пластиковую плёнку, которая может препятствовать реакции с алюминием. Первое эффектное действие можно будет увидеть после приготовления раствора медного купороса (голубой цвет) и раствора поваренной соли (бесцветный). На сто грамм воды следует добавить 10 грамм медного купороса. Для приготовления соляного раствора добавляем двадцать грамм поваренной соли на сто грамм воды. Итак, готовим эти два раствора по отдельности, а затем сливаем в одну колбу или бутылку. После соединения раствор становиться зелёным.    Следующий шаг - это добавление в полученную смесь алюминия. Далее должно быть видно, что раствор вокруг металла начинает пениться, – это начался процесс выделения водорода. Потом алюминий начинает вытеснять из раствора медь, покрываясь при этом красным налётом. Появление в колбе белой взвеси говорит о том, что происходит окисление алюминия. Подождав несколько минут для того, чтобы водород вытеснил из колбы воздух, можно приступать к наполнению воздушного шара.  Процесс является экзотермическим. Говоря проще, во время реакции происходит выделение тепла, и раствор постепенно нагревается. Если учитывать, что скорость происходящей реакции с повышением температуры увеличивается, то её ход довольно легко может выйти из-под контроля и пойти «вразнос». Таким образом, можно получить гейзер, который будет плеваться кипятком. Так что следует очень внимательно подобрать концентрацию и начальную температуру. При использовании стеклянной бутылки, её следует закрыть пробкой, сквозь которую должна проходить трубка диаметром 5-8 миллиметров. Через эту трубку и будет выходить водород, с помощью которого можно надувать воздушные шарики. На прогулке,   шары, заполненные легким газом, поднимутся высоко в небо, доставляя радость Вашим детям, друзьям и прохожим. Водородная энергетика сформировалась как одно из направлений развития научно-технического прогресса в середине 70-х годов прошлого столетия. По мере того, как расширялась область исследований, связанных с получением, хранением, транспортом и использованием водорода, становились все более очевидными экологические преимущества водородных технологий в различных областях народного хозяйства. Успехи в развитии ряда водородных технологий (таких как топливные элементы, транспортные системы на водороде, металлогидридные и многие другие) продемонстрировали, что использование водорода приводит к качественно новым показателям в работе систем или агрегатов. А выполненные технико-экономические исследования показали: несмотря на то, что водород является вторичным энергоносителем, то есть стоит дороже, чем природные топлива, его применение в ряде случаев экономически целесообразно уже сейчас. Поэтому работы по водородной энергетике во многих, особенно промышленно развитых странах относятся к приоритетным направлениям развития науки и техники и находят все большую финансовую поддержку со стороны, как государственных структур, так и частного капитала.