Альтернативні джерела енергії та можливості їх застосування в Росс

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Пермський Державний Університет
Філософсько-соціологічний факультет
Альтернативні джерела енергії
та можливості їх застосування в Росії
Кафедра соціології та
політології
Студент: Уваров П.А.
Група: СЦГ-2 курс
Перм, 2009

Зміст
Введення

1 Поняття і основні види альтернативної енергії

1.1 Геотермальна енергія (тепло землі)
1.2 Енергія сонця
1.3 Енергія вітру
1.4 Енергія води
1.5 Енергія хвиль
1.6 Енергія течій
2. Стан та перспективи розвитку альтернативної енергетики в Росії
Висновок
Список використаних джерел

Введення
Не дарма кажуть: «Енергетика - хліб промисловості». Чим більш розвинені промисловість і техніка, тим більше енергії потрібно для них. Існує навіть спеціальне поняття - «випереджаючий розвиток енергетики». Це означає, що жодне промислове підприємство, ні один новий місто або просто будинок не можна побудувати до того, як буде визначений або створений заново джерело енергії, яку вони стануть споживати. Ось чому за кількістю видобутої та використаної енергії досить точно можна судити про технічну та економічної потужності, а простіше кажучи - про багатство будь-якої держави.
У природі запаси енергії величезні. Її несуть сонячні промені, вітри і рухомі маси води, вона зберігається в деревині, покладах газу, нафти, кам'яного вугілля. Практично безмежна енергія, «запечатана» в ядрах атомів речовини. Але не всі її форми придатні для прямого використання.
За довгу історію енергетики накопичилося багато технічних засобів і способів добування енергії та перетворення її в потрібні людям форми. Власне, і людина-то став людиною тільки тоді, коли навчився одержувати і використовувати теплову енергію. Вогонь багать запалили перші люди, ще не розуміли його природи, однак цей спосіб перетворення хімічної енергії в теплову зберігається і вдосконалюється вже впродовж тисячоліть.
До енергії власних м'язів і вогню люди додали мускульну енергію тварин. Вони винайшли техніку для видалення хімічно зв'язаної води з глини за допомогою теплової енергії вогню - гончарні печі, у яких одержували міцні керамічні вироби. Звичайно, процеси, що відбуваються при цьому, людина пізнала тільки через тисячоліття.
Потім люди придумали млини - техніку для перетворення енергії вітряних потоків та вітру в механічну енергії обертового вала. Але тільки з винаходом парової машини, двигуна внутрішнього згоряння, гідравлічної, парової та газової турбін, електричних генератора і двигуна, людство отримало в своє розпорядження досить потужні технічні пристрої. Вони здатні перетворити природну енергію в інші її види, зручні для застосування і отримання великих кількостей роботи. Пошук нових джерел енергії на цьому не завершився: були винайдені акумулятори, паливні елементи, перетворювачі сонячної енергії в електричну і - вже в середині ХХ століття - атомні реактори.
Проблема забезпечення електричною енергією багатьох галузей світового господарства, постійно зростаючих потреб більш ніж шестимільярдного населення Землі стає зараз все більш нагальною.
Основу сучасної світової енергетики становлять тепло-і гідроелектростанції. Проте їх розвиток стримується низкою факторів. Вартість вугілля, нафти і газу, на яких працюють теплові станції, зростає, а природні ресурси цих видів палива скорочуються. До того ж багато країн мають власними паливними ресурсами або відчувають в них недолік. У процесі виробництва електроенергії на ТЕС відбувається викид шкідливих речовин в атмосферу. Причому якщо паливом служить вугілля, особливо бурий, малоцінний для іншого виду використання і з великим вмістом непотрібних домішок, викиди досягають колосальних розмірів. І, нарешті, аварії на ТЕС завдають великої шкоди природі, зіставний з шкодою будь-якого великого пожежі. У гіршому випадку така пожежа може супроводжуватися вибухом з утворенням хмари вугільного пилу та сажі.
Гідроенергетичні ресурси в розвинених країнах використовуються практично повністю: більшість річкових ділянок, придатних для гідротехнічного будівництва, вже освоєні. А якої шкоди завдають природі гідроелектростанції! Викидів у повітря від ГЕС немає ніяких, але зате шкоди водному середовищі завдає досить великий. У першу чергу страждають риби, які не можуть подолати греблі ГЕС. На річках, де побудовані гідроелектростанції, особливо якщо їх декілька - так звані каскади ГЕС, - різко змінюється кількість води до і після гребель. На рівнинних річках розливаються величезні водосховища, і затоплені землі безповоротно втрачені для сільського господарства, лісів, луків і розселення людей. Що стосується аварій на ГЕС, то в разі прориву будь гідроелектростанції утворюється величезна хвиля, яка змете все знаходяться нижче греблі ГЕС. Але ж більшість таких гребель розташоване поблизу великих міст з населенням у кілька сотень тисяч жителів.
Вихід з такого становища вбачався у розвитку атомної енергетики. На кінець 1989 року в світі побудовано і працювало більше 400 атомних електростанцій (АЕС). Однак сьогодні АЕС вже не вважаються джерелом дешевої та екологічно чистою енергією. Паливом для АЕС служить уранова руда - дороге і важко добувається сировина, запаси якого обмежені. До того ж будівництво та експлуатація АЕС пов'язані з великими труднощами і витратами. Лише деякі країни зараз продовжують будівництво нових АЕС. Серйозним гальмом для подальшого розвитку атомної енергетики є проблеми забруднення навколишнього середовища. Все це додатково ускладнює ставлення до атомної енергетики. Все частіше звучать заклики, що вимагають відмовитися від використання ядерного палива взагалі, закрити всі атомні електростанції і повернеться до виробництва електроенергії на ТЕС і ГЕС, а також використовувати так звані відновлювані - малі, або «нетрадиційні», - види отримання енергії. До останніх відносять передусім установки і пристрої, що використовують енергію вітру, води, сонця, геотермальну енергію, а також тепло, що міститься у воді, повітрі та землі.

1. Основні види Альтернативної енергії
1.1 Геотермальна енергія (тепло землі)
Геотермальна енергія - у дослівному перекладі означає: землі теплова енергія. Обсяг Землі становить приблизно 1085 млрд.куб.км і весь він, за винятком тонкого шару земної кори, має дуже високу температуру.
Якщо врахувати ще і теплоємність порід Землі, то стане ясно, що геотермальна теплота є, безсумнівно, найбільший джерело енергії, яким в даний час володіє людина. Причому це енергія у чистому вигляді, так як вона вже існує як теплота, і тому для її отримання не потрібно спалювати паливо або створювати реактори.
У деяких районах природа доставляє геотермальну енергію до поверхні у вигляді пари або перегрітої води, скипає і переходить в пар при виході на поверхню. Природний пар можна безпосередньо використовувати для виробництва електроенергії. Є також райони, де геотермальними водами із джерел і свердловин можна обігрівати оселі і теплиці (острівна держава на півночі Атлантичного океану-Ісландія, і наші Камчатка і Курили).
Однак у цілому, особливо з урахуванням величини глибинного тепла Землі, використання геотермальної енергії у світі вкрай обмежена.
Для виробництва електроенергії за допомогою геотермального пари від цього пара відокремлюють тверді частинки, пропускаючи його через сепаратор і потім направляють його в турбіну. "Вартість палива" такої електростанції визначається капітальними витратами на продуктивні свердловини і систему збору пара і є відносно невисокою. Вартість самої електростанції при цьому також невелика, оскільки остання не має топки, котельної установки та димової труби. У такому зручному природному вигляді геотермальна енергія є економічно вигідним джерелом електричної енергії. На жаль, на Землі рідко зустрічаються поверхневі виходи природного пари або перегрітих (тобто, з температурою значно вище 100 o С) вод, скипає з утворенням достатнього кол-ва пари.
Валовий світовий потенціал геотермальної енергії в земній корі на глибині до 10 км оцінюється в 18 000 трлн. т ум. палива, що в 1700 разів більше світових геологічних запасів органічного палива. У Росії ресурси геотермальної енергії тільки у верхньому шарі кори глибиною 3 км становлять 180 трлн. т ум. палива. Використання тільки близько 0,2% цього потенціалу могло б покрити потреби країни в енергії. Питання тільки в раціональному, рентабельне та екологічно безпечне використання цих ресурсів. Саме через те, що ці умови до цих пір не дотримувалися при спробах створення в країні дослідних установок з використання геотермальної енергії, ми сьогодні не можемо індустріально освоїти такі незліченні запаси енергії.
Геотермальна енергія за часом використання - найбільш старе джерело альтернативної енергії. У 1994 р . у світі працювало 330 блоків таких станцій і тут домінували США (168 блоків на «родовищах» Гейзер в долині гейзерів, Імперіал Веллі та ін.) Друге місце займала. Італія, але в останні роки її обігнали КНР і Мексика. Найбільша частка використовуваної геотермальної енергії припадає на країни Латинської Америки, але і вона складає трохи більше 1%.
У Росії перспективними в цьому сенсі районами є Камчатка і Курильські острови. З 60-х років на Камчатці успішно працює повністю автоматизована Паужетская ГеоТЕС потужністю 11 МВт, на Курилах - станція на о. Кунашир. Такі станції можуть бути конкурентоспроможними лише в районах з високою відпускною ціною на електроенергію, а на Камчатці й Курилах вона дуже висока через дальності перевезень палива і відсутності залізниць.

1.2 Енергія сонця
Загальна кількість сонячної енергії, що досягає поверхні Землі в 6,7 разів більше світового потенціалу ресурсів органічного палива. Використання лише 0,5% цього запасу могло б повністю покрити світову потребу в енергії на тисячоліття. На Пн. Технічний потенціал сонячної енергії в Росії (2,3 млрд. т ум. Палива на рік) приблизно в 2 рази вище сьогоднішнього споживання палива.
Повна кількість сонячної енергії, що надходить на поверхню Землі за тиждень, перевищує енергію всіх світових запасів нафти, газу, вугілля та урану. І в Росії найбільший теоретичний потенціал, більше 2000 млрд. тонн умовного палива (т.у.п.), має сонячна енергія. Незважаючи на такий великий потенціал в новій енергетичній програмі Росії внесок поновлюваних джерел енергії на 2005 р визначено в дуже малому обсязі - 17-21 млн. т у.п. Існує широко поширена думка, що сонячна енергія є екзотичною та її практичне використання-справа віддаленого майбутнього (після 2020р). У даній роботі я покажу, що це не так і що сонячна енергія є серйозною альтернативою традиційній енергетиці вже в даний час.
Відомо, що кожен рік у світі споживається стільки нафти, скільки її утворюється в природних умовах за 2 млн. років. Гігантські темпи споживання не відновлюваних енергоресурсів за відносно низькою ціною, які не відображають реальні сукупні витрати суспільства, по суті означають життя в позики, кредити у майбутніх поколінь, яким не буде доступна енергія за такою низькою ціною. Енергозберігаючі технології для сонячного будинку є найбільш прийнятними з економічної ефективності їх використання. Їх застосування дозволить знизити енергоспоживання в будинках до 60%. Як приклад успішного застосування цих технологій можна відзначити проект "2000 сонячних дахів" у Німеччині. У США сонячні водонагрівачі загальною потужністю 1400 МВт встановлені в 1,5 млн. будинків.
При ККД сонячної електростанції (СЕС) 12% все сучасне споживання електроенергії в Росії може бути отримано від СЕС активною площею близько 4000 кв.м, що становить 0.024% території.
Найбільш практичне застосування у світі одержали гібридні сонячно-паливні електростанції з параметрами: ККД 13,9%, температура пари 371 гр.С, тиск пари 100 бар, вартість вироблюваної електроенергії 0,08-0,12 дол / кВт.год, сумарна потужність в США 400 МВт при вартості 3 дол / Вт. СЕС працює в піковому режимі при відпускній ціні за 1 кВт.год електроенергії в енергосистемі: з 8 до 12 год.-0, 066 дол і з 12 до 18 год .- 0,353 дол. ККД СЕС може бути збільшений до 23% - середнього ККД системних електростанцій, а вартість електроенергії знижена за рахунок комбінованого виробництва електричної енергії і тепла.
Основним технологічним досягненням цього проекту є створення Німецької фірмою Flachglass Solartechnik GMBH технології виробництва скляного Параболоциліндричні концентратора довжиною 100 м з апертурою 5,76 м , Оптичним ККД 81% і ресурсом роботи 30 років. При наявності такої технології дзеркал в Росії доцільно масове виробництво СЕС в південних районах, де є газопроводи або невеликі родовища газу і пряма сонячна радіація перевищує 50% від сумарної.
Принципово нові типи сонячних концентратів, що використовують технологію голографії, запропоновані ВІЕСХом.
Його головні характеристики - поєднання позитивних якостей сонячних електростанцій з центральним приймачем модульного типу і можливість використання в якості приймача як традиційних паронагрівача, так і сонячних елементів на основі кремнію.
Однією з найбільш перспективних технологій сонячної енергетики є створення фотоелектричних станцій із сонячними елементами на основі кремнію, які перетворять в електричну енергію пряму і розсіяну складові сонячної радіації з ККД 12-15%. Лабораторні зразки мають ККД 23%. Світове виробництво сонячних елементів перевищує 50 МВт на рік і збільшується щорічно на 30%. Сучасний рівень виробництва сонячних елементів відповідає початковій фазі їх використання для освітлення, підйому води, телекомунікаційних станцій, живлення побутових приладів в окремих районах і в транспортних засобах. Вартість сонячних елементів складає 2,5-3 дол / Вт при вартості електроенергії 0,25-0,56 дол / кВт.год. Сонячні енергосистеми замінюють гасові лампи, свічки, сухі елементи і акумулятори, а при значній відстані від енергосистеми і малої потужності навантаження - дизельні електрогенератори і лінії електропередач.
1.3 Енергія вітру
Вже дуже давно, бачачи, які руйнування можуть приносити бурі й урагани, людина замислювалася над тим, чи не можна використовувати енергію вітру.
Вітряні млини з крилами-вітрилами з тканини першими почали споруджувати стародавні перси понад 1,5 тис. років тому. Надалі вітряні млини удосконалювалися. У Європі вони не тільки мололи борошно, а й відкачували воду, збивали масло, як, наприклад в Голландії. Перший електрогенератор був сконструйований в Данії в 1890 р . Через 20 років у країні працювали вже сотні подібних установок.
Енергія вітру дуже велика. Її запаси за оцінками Всесвітньої метеорологічної організації, складають 170 трлн кВт · год на рік. Цю енергію можна отримувати, не забруднюючи навколишнє середовище. Але у вітру є два суттєвих недоліки: його енергія сильно розсіяна в просторі і він непередбачуваний - часто змінює напрямок, раптом затихає навіть в самих вітряних районах земної кулі, а іноді досягає такої сили, що ламають вітряки.
Будівництво, утримання, ремонт вітроустановок, цілодобово працюють у будь-яку погоду під відкритим небом, коштує недешево. Вітроелектростанція такої ж потужності, як ГЕС, ТЕЦ або АЕС, порівняно з ними повинна займати більшу площу. До того ж вітроелектростанції нешкідливих: вони заважають польотам птахів і комах, шумлять, відображають радіохвилі обертовими лопатями, створюючи перешкоди для прийому телепередач в довколишніх населених пунктах.
Принцип роботи вітроустановок дуже простий: лопаті, які обертаються за рахунок сили вітру, через вал передають механічну енергію до електрогенераторів. Той у свою чергу виробляє енергію електричну. Виходить, що вітроелектростанції працюють як іграшкові машини на батарейках, тільки принцип їх дії протилежний. Замість перетворення електричної енергії в механічну, енергія вітру перетворюється електричний струм.
Для отримання енергії вітру застосовують різні конструкції: багатолопатеву «ромашки»; гвинти начебто літакових пропелерів з трьома, двома і навіть однієї лопаттю (тоді у неї є вантаж противага); вертикальні ротори, що нагадують розрізану вздовж і насажанную на вісь бочку; якусь подобу «встав дибки »вертолітного гвинта: зовнішні кінці його лопатей загнуті вгору і з'єднані між собою. Вертикальні конструкції хороші тим, що вловлюють вітер будь-якого напрямку. Іншим доводиться розгортатися за вітром.
Щоб якось компенсувати мінливість вітру, споруджують величезні «вітряні ферми». Вітродвигуни там стоять рядами на великому просторі і працюють на єдину мережу. На одному краю «ферми» може дути вітер, на іншому в цей час тихо. Вітряки не можна ставити занадто близько, щоб вони не загороджували один одного. Тому ферма займає багато місця. Такі ферми є в США, у Франції, в Англії, а в Данії «вітряну ферму» розмістили на прибережному мілководді Північного моря: там вона нікому не заважає і вітер стійкіше, ніж на суші.
Щоб знизити залежність від непостійного напрямку і сили вітру, в систему включають маховики, частково згладжують пориви вітру, і різного роду акумулятори. Найчастіше вони електричні. Але застосовують також повітряні (вітряк нагнітає повітря в балони; виходячи звідти, його рівна струмінь обертає турбіну з електрогенератором) і гідравлічні (силою вітру вода піднімається на певну висоту, а, падаючи вниз, обертає турбіну). Ставлять також електролізні акумулятори. Вітряк дає електричний струм, який розкладає воду на кисень та водень. Їх запасають у балонах і в міру необхідності спалюють у паливному елементі (тобто в хімічному реакторі, де енергія пального перетворюється в електрику) або в газовій турбіні, знову отримуючи струм, але вже без різких коливань напруги, пов'язаного з примхами вітру.
Зараз у світі працює понад 30 тис. вітроустановок різної потужності. Німеччина отримує від вітру 10% своєї електроенергії, а всій Західній Європі вітер дає 2500 МВт електроенергії. У міру того як вітряні електростанції окуповуються, а їх конструкції вдосконалюються, ціна повітряного електрики падає. Так, в 1993 р . у Франції собівартість 1 кВт · год електроенергії, отриманої на вітростанції, дорівнювала 40 сантимам, а до 2000 року вона знизилася в 1,5 рази. Правда енергія АЕС обходиться всього в 12 сантимів за 1 кВт · год
1.4 Енергія води
Рівень води на морських узбережжях протягом доби змінюється три рази. Такі коливання особливо помітні в затоках і гирлах річок, що впадають у море. Стародавні греки пояснювали коливання рівня води волею повелителя морів Посейдона. У XVIII ст. англійський фізик Ісаак Ньютон розгадав таємницю морських припливів і відливів: величезні маси води в світовому океані наводяться в рух силами тяжіння Місяця і Сонця. Через кожні 6 год 12 хв приплив змінюється відливом. Максимальна амплітуда припливів у різних місцях нашої планети неоднакова і становить від 4 до 20 м .
Для влаштування найпростішої припливної електростанції (ПЕС) потрібен басейн - перекритий греблею затоку або гирлі річки. У греблі є водопропускні отвори і встановлені турбіни. Під час припливу вода надходить у басейн. Коли рівні води в басейні і море зрівняються, затвори водопропускних отворів закриваються. З настанням відливу рівень води в морі знижується, і, коли натиск стає достатнім, турбіни і сполучені з ним електрогенератори починають працювати, а вода з басейну поступово йде. Є економічно доцільним будівництво ПЕМ в районах з приливними коливаннями рівня моря не менш 4 м . Проектна потужність ПЕМ залежить від характеру припливу в районі будівництва станції, від об'єму та площі приливного басейну, від числа турбін, встановлених в тілі греблі.
У приливних електростанціях двосторонньої дії турбіни працюють при русі води з моря в басейн і назад. ПЕМ двостороннього дії здатна виробляти електроенергію безперервно протягом 4-5 год з перервами в 1-2 год чотири рази на добу. Для збільшення часу роботи турбін існують більш складні схеми - з двома, трьома і великою кількістю басейнів, проте вартість таких проектів дуже висока.
Перша приливна електростанція потужністю 240 МВт була пущена в 1966 р . у Франції в гирлі річки Ранс, що впадає в Ла-Манш, де середня амплітуда припливів складає 8,4 м . 24 гідроагрегату ПЕМ виробляють в середньому за рік 502 млн. кВт. год електроенергії. Для цієї станції розроблений приливних капсульний агрегат, що дозволяє здійснювати три прямих і три зворотних режиму роботи: як генератор, як насос і як водопропускну отвір, що забезпечує ефективну експлуатацію ПЕС. За оцінками фахівців, ПЕМ на річці Ранс економічно виправдана, річні витрати експлуатації нижче, ніж на гідроелектростанціях, і становлять 4% капітальних вкладень. Електростанція входить в енергосистему Франції і ефективно використовується.
У 1968 р . на Баренцевому морі, недалеко від Мурманська, вступила в дію дослідно-промислова ПЕМ проектною потужністю 800 кВт. Місце її будівництва - Кисла Губа представляє собою вузька затока шириною 150 м і довжиною 450 м . Хоча потужність Кислогубской ПЕМ невелика, її спорудження мало важливе значення для подальших дослідницьких і проектно-конструкторських робіт у галузі використання енергії припливів.
Існують проекти великих ПЕС потужністю 320 МВт (Кольська) і 4000 МВт (Мезенська) на Білому морі, де амплітуда припливів складає 7 - 10 м . Планується використовувати також величезний потенціал Охотського моря, де місцями, наприклад на Пенжинской губі, висота припливів складає 12,9 м , А в Гіжигінський губі - 12 - 14 м .
Роботи в цій області ведуться і за кордоном. У 1985 р . пущена в експлуатацію ПЕМ в затоці Фанді в Канаді потужністю 20 МВт (амплітуда припливів тут становить 19,6 м ). У Китаї побудовано три приливні електростанції невеликої потужності. У Великобританії розробляється проект ПЕС потужністю 1000 МВт в гирлі річки Северн, де середня амплітуда припливів складає 16,3 м
З точки зору екології ПЕМ має безперечну перевагу перед тепловими електростанціями, які спалюють нафту і кам'яне вугілля. Сприятливі передумови для більш широкого використання енергії морських припливів пов'язані з можливістю застосування нещодавно створеної труби Горлова, яка дозволяє споруджувати ПЕМ без гребель, скорочуючи витрати на їх будівництво. Перші бесплотинная ПЕМ заплановано спорудити в найближчі роки в Південній Кореї.

1.5.Енергія хвиль
Ідея отримання електроенергії від морських хвиль була викладена ще в 1935 р . радянським вченим К.Е. Ціолковським.
В основі роботи хвильових енергетичних станцій лежить вплив хвиль на робочі органи, виконані у вигляді поплавців, маятників, лопатей, оболонок і т.п. Механічна енергія їх переміщень за допомогою електрогенераторів перетворюється в електричну. Коли буй гойдається по хвилі, рівень води всередині нього змінюється. Від цього повітря то виходить з нього, то входить. Але рух повітря можливе лише через верхнє отвір (така конструкція буя). А там встановлена ​​турбіна, що обертається завжди в одному напрямку незалежно від того в якому напрямку рухається повітря. Навіть досить невеликі хвилі висотою 35 см змушують турбіну розвивати більше 2000 оборотів в хвилину. Інший тип установки - щось на зразок стаціонарної мікроелектростанціі. Зовні вона схожа на ящик, встановлений на опорах на невеликій глибині. Хвилі проникають в ящик і приводять в дію турбіну. І тут для роботи досить зовсім невеликого хвилювання моря. Навіть хвилі заввишки в 20 см запалювали лампочки загальною потужністю 200 Вт.
В даний час волноенергетіческіе установки використовуються для енергоживлення автономних буїв, маяків, наукових приладів. Попутно великі хвильові станції можуть бути використані для волнозащіти морських бурових платформ, відкритих рейдів, морекультурних господарств. Почалося промислове використання хвильової енергії. У світі вже близько 400 маяків і навігаційних буїв отримують живлення від хвильових установок. В Індії від хвильової енергії працює плавучий маяк порту Мадрас. У Норвегії з 1985 р . діє перша у світі промислова хвильова станція потужністю 850 кВт.
Створення хвильових електростанцій визначається оптимальним вибором акваторії океану зі стійким запасом хвильової енергії, ефективної конструкцією станції, в яку вбудовані пристрої згладжування нерівномірного режиму хвилювання. Вважається, що ефективно хвильові станції можуть працювати при використанні потужності близько 80 кВт / м. Досвід експлуатації існуючих установок показав, що вироблювана ними електроенергія поки в 2-3 рази дорожче традиційної, але в майбутньому очікується значне зниження її вартості.
У хвильових установках з пневматичними перетворювачами під дією хвиль повітряний потік періодично змінює свій напрям на протилежний. Для цих умов та розроблено турбіна Уеллса, ротор якої володіє випрямляючих дією, зберігаючи незмінним напрямок свого обертання при зміні напряму повітряного потоку, отже, підтримується незмінним і напрямок обертання генератора. Турбіна знайшла широке застосування в різних волноенергетіческіх установках.
Хвильова енергетична установка "каймою" ("Морський світ") - найпотужніша діюча енергетична установка з пневматичними перетворювачами - побудована в Японії в 1976 р . У своїй роботі вона використовує хвилі заввишки до 6 - 10 м . На баржі довжиною 80 м , Шириною 12 м і водотоннажністю 500 т встановлені 22 повітряних камери, відкриті знизу. Кожна пара камер працює на одну турбіну Уеллса. Загальна потужність установки 1000 кВт. Перші випробування були проведені в 1978 - 1979 рр.. поблизу міста Цуруока. Енергія передавалася на берег з підводного кабелю довжиною близько 3 км . У 1985 р . в Норвегії в 46 км на північний захід від міста Берген побудована промислова хвильова станція, що складається з двох установок. Перша установка на острові Тофтесталлен працювала по пневматичному принципом. Вона представляла собою залізобетонну камеру, заглиблену в скелі; над нею була встановлена ​​сталева вежа висотою 12,3 мм і діаметром 3,6 м . Вхідні в камеру хвилі створювали зміна об'єму повітря. Виникає потік через систему клапанів приводив в обертання турбіну і пов'язаний з нею генератор потужністю 500 кВт, річне вироблення становила 1,2 млн. кВт. ч. Зимовим штормом у кінці 1988 р . вежа станції була зруйнована. Розробляється проект нової вежі із залізобетону.
Конструкція другої установки складається з конусовидного каналу в ущелину довжиною близько 170 м з бетонними стінками висотою 15 м і шириною в підставі 55 м , Що входить в резервуар між островами, відокремлений від моря дамбами, і греблі з енергетичною установкою. Хвилі, проходячи по сужающемуся каналу, збільшують свою висоту з 1,1 до 15 м і вливаються в резервуар, рівень якого на 3 м вище рівня моря. З резервуара вода проходить через низьконапірні гідротурбіни потужністю 350 кВт. Станція щорічно виробляє до 2 млн. кВт. · Год електроенергії.
А у Великобританії розробляється оригінальна конструкція хвильової енергетичної установки типу "молюск", в якій в якості робочих органів використовуються м'які оболонки - камери. У них перебуває повітря під тиском, трохи більшим атмосферного. Накатом хвиль камери стискуються, утворюється замкнутий повітряний потік з камер в каркас установки і назад. На шляху потоку встановлені повітряні турбіни Уеллса з електрогенераторами. Зараз створюється досвідчена плавуча установка з 6 камер, укріплених на каркасі довжиною 120 м і висотою 8 м . Очікувана потужність 500 кВт. Подальші розробки показали, що найбільший ефект дає розташування камер по колу. У Шотландії на озері Лох-Несс була випробувана установка, що складається з 12 камер і 8 турбін. Теоретична потужність такої установки до 1200 кВт.
Вперше конструкція хвильового плоту була запатентована в СРСР ще в 1926 р . У 1978 р . у Великобританії проводилися випробування дослідних моделей океанських електростанцій, в основі яких лежить аналогічне рішення. Хвильовий пліт Коккерела складається з шарнірно з'єднаних секцій, переміщення яких відносно один одного передається насосам з електрогенераторами. Вся конструкція утримується на місці якорями. Трисекційний хвильової пліт Коккерела довжиною 100 м , Шириною 50 м і висотою 10 м може дати потужність до 2 тис. кВт.
У СРСР модель хвильового плоту випробовувалася в 70-х рр.. на Чорному морі. Вона мала довжину 12 м , Ширину поплавців 0,4 м . На хвилях заввишки 0,5 м і довжиною 10 - 15 м установка розвивала потужність 150 кВт.
Проект, відомий під назвою "качка Солтера", являє собою перетворювач хвильової енергії. Робочої конструкцією є поплавець ("качка"), профіль якого розрахований за законами гідродинаміки. У проекті передбачається монтаж великої кількості великих поплавців, послідовно укріплених на загальному валу. Під дією хвиль поплавці приходять в рух і повертаються у вихідне положення силою власної ваги. При цьому наводяться в дію насоси усередині валу, заповненого спеціально підготовленою водою. Через систему труб різного діаметру створюється різниця тиску, що приводить в рух турбіни, встановлені між поплавцями і підняті над поверхнею моря. Вироблювана електроенергія передається з підводного кабелю. Для більш ефективного розподілу навантажень на валу слід встановлювати 20 - 30 поплавців. У 1978 р . була випробувана модель установки, що складалася з 20-ти поплавців діаметром 1 м . Вироблена потужність склали 10 кВт. Розроблено проект потужної установки з 20 - 30 поплавців діаметром 15 м , Укріплених на валу, довжиною 1200 м . Передбачувана потужність установки 45 тис. кВт. Подібні системи, встановлені у західних берегів Британських островів, можуть забезпечити потреби Великобританії в електроенергії.

1.6 Енергія течій

Найбільш потужні течії океану - потенційне джерело енергії. Сучасний рівень техніки дозволяє витягувати енергію течій при швидкості потоку більше 1 м / с. При цьому потужність від 1 м 2 поперечного перерізу потоку становить близько 1 кВт. Перспективним видається використання таких потужних течій, як Гольфстрім і Куросио, несучих відповідно 83 і 55 млн. куб.м / с води зі швидкістю до 2 м / с, і Флоридського течії (30 млн. куб.м / с, швидкість до 1, 8 м / с).
Для океанської енергетики представляють інтерес течії в протоках Гібралтарській, Ла-Манш, Курильських. Проте створення океанських електростанцій на енергії течій пов'язано поки з рядом технічних труднощів, перш за все зі створенням енергетичних установок великих розмірів, що представляють загрозу судноплавству.
Програма "Коріоліса" передбачає установку у Флоридському протоці в 30 км на схід від міста Майамі 242 турбін з двома робочими колесами діаметром 168 м , Що обертаються в протилежних напрямках. Пара робочих коліс розміщується всередині порожнистої камери з алюмінію, що забезпечує плавучість турбіни. Для підвищення ефективності лопаті коліс передбачається зробити досить гнучкими. Вся система "Коріоліса" загальною довжиною 60 км буде орієнтована по основному потоку; ширина її при розташуванні турбін в 22 ряду по 11 турбін в кожному складе 30 км . Агрегати передбачається відбуксирувати до місця установки і заглибити на 30 м , Щоб не перешкоджати судноплавству.
Після того, як більша частина Південного пасатної течії проникає в Карибське море і Мексиканську затоку, вода повертається звідти до Атлантики через Флоридський затоку. Ширина течії стає мінімальною - 80 км . При цьому воно прискорює свій рух до 2 м / с. Коли ж флоридське течія посилюється Антильским, витрата води досягає максимуму. Розвивається сила, цілком достатня, щоб привести в рух турбіну з розмашистими лопатями, вал якої з'єднаний з електрогенератором. Далі - передача струму з підводного кабелю на берег.
Матеріал турбіни-алюміній. Термін служби - 80 років. Її постійне місце - під водою. Підйом на поверхню води тільки для профілактичного ремонту. Її робота практично не залежить від глибини занурення і температури води. Леза обертаються повільно, і невеликі риби можуть вільно пропливати через турбіну. А от великим вхід закритий запобіжною сіткою.
Американські інженери, вважають, що будівництво такої споруди навіть дешевше, ніж спорудження теплових електростанцій. Тут не потрібно зводити будівлю, прокладати дороги, влаштовувати склади. Та й експлуатаційні витрати суттєво менше.
Корисна потужність кожної турбіни з урахуванням витрат на експлуатацію і втрат при передачі на берег складе 43 МВт, що дозволить задовольнити потреби штату Флориди (США) на 10%.
Перший дослідний зразок подібної турбіни діаметром 1,5 м був випробуваний у Флоридському протоці. Розроблено також проект турбіни з робочим колесом діаметром 12 м і потужністю 400 кВт.

2 Стан та перспективи розвитку альтернативної енергетики в Росії
Частка традиційної паливної енергетики у світовому енергобалансі буде безперервно скорочуватися, а на зміну прийде нетрадиційна - альтернативна енергетика, заснована на використанні поновлюваних джерел енергії. І від того, з якими темпами це відбудеться в конкретній країні, залежить не тільки її економічне благополуччя, але і її незалежність, її національна безпека.
Ситуація з відновлюваних джерелами енергії в Росії, як і майже з усім у нас в країні, може бути названа унікальною. Запаси цих джерел, піддаються використання вже на сьогоднішньому технічному рівні, величезні. Ось одна з оцінок: сонячної променистої енергії - 2300млрдТУТ (тонн умовного палива); вітру - 26,7 млрдТУТ, біомаси - 10млрдТУТ; тепла Землі - 40000млрдТУТ; малих річок - 360млрдТУТ; морів і океанів - 30млрдТУТ. Ці джерела набагато перевищують сучасний рівень енергоспоживання Росії (1,2 млрдТУТ на рік). Проте використовуються з усього цього немислимого достатку навіть не сказати що крихти - мікроскопічні кількості. Як і у світі в цілому, в Росії найбільш розвинена серед поновлюваних видів енергетики вітроенергетика. Ще в 1930-хгг. в нашій країні серійно випускалося кілька видів вітроустановок потужністю 3-4кВт, проте в 1960-егг. їх випуск був припинений. В останні роки СРСР уряд знову звернуло увагу на цю область, проте не встигло реалізувати свої плани. Тим не менш, з 1980 по 2006рр. Росією напрацьовано великий науково-технічний заділ (але відставання в питаннях практичного використання відновлюваних джерел енергії у Росії серйозне). Сьогодні загальна потужність діючих, споруджуваних і планованих до введення в Росії ВЕУ і ВЕС становить 200 МВт. Потужність окремих вітроагрегатів, що виготовляються російськими підприємствами, лежить в діапазоні від 0,04 до 1000,0 кВт [21]. Як приклад наведемо кількох розробників та виробників ВЕУ і ВЕС. У Москві ТОВ «СКТБ« Іскра »виробляє спеціальні станції М-250 потужністю 250Вт. У Дубні Московської області підприємство Гос.МКБ «Веселка» виробляє легко встановлювані ВЕС в 750Вт, 1кВт і 8кВт; Санкт-Петербурзький НДІ «Електроприлад» випускає ВЕУ до 500 Вт.
У Києві з 1999р. науково-виробнича група WindElectric виробляє вітроелектростанції побутового призначення WE-1000 потужністю 1 кВт. Фахівцями групи розроблена унікальна багатолопатеве, універсально-швидкісна і абсолютно безшумна турбіна невеликих розмірів, ефективно використовує будь-який повітряний потік.
Хабаровська «Компанія ЛМВ Вітроенергетика» виробляє ВЕС потужністю від 0,25 до 10 кВт, останні можуть об'єднуватися в системи потужністю до 100 кВт. З 1993р. цим підприємством розроблено та вироблено 640 ВЕС. Більшість встановлено в Сибіру, ​​на Далекому Сході, Камчатці, Чукотці. Термін експлуатації ВЕС досягає 20 років у будь-яких кліматичних зонах. Компанія поставляє також сонячні батареї, які працюють спільно з ВЕС (потужність таких ветросолнечние установок становить від 50Вт до 100 кВт).
У відношенні ресурсів вітрової енергії в Росії найбільш перспективні такі райони, як Узбережжя Північного Льодовитого океану, Камчатка, Сахалін, Чукотка, Якутія, а також узбережжя Фінської затоки, Чорного та Каспійського морів. Високі середньорічні швидкості вітру, мала забезпеченість централізованими електромережами і велика кількість невикористаних у господарстві площ робить ці місцевості практично ідеальними для розвитку вітрової енергетики. Схожа ситуація із сонячною енергетикою. Сонячна енергія, що надходить за тиждень на територію нашої країни, перевищує енергію всіх російських ресурсів нафти, вугілля, газу та урану. Є цікаві вітчизняні розробки в цій області, але немає ніякої підтримки з боку держави і, отже, немає ринку фотоенергетики. Проте обсяг випуску сонячних батарей обчислюється мегават. У 2006р. було вироблено близько 400 МВт. Є тенденція до деякого зростання. Втім, більший інтерес до продукції різних науково-виробничих об'єднань, що випускають фотоелементи, проявляють покупці з-за кордону, для росіян вони все ще дорогі; зокрема, тому що сировина для виробництва кристалічних плівкових елементів доводиться ввозити з-за кордону (за радянських часів заводи з виробництва кремнію перебували в Киргизії і України) Найбільш сприятливі райони для використання сонячної енергії в Росії - це Північний Кавказ, Ставропольський і Краснодарський краї, Астраханська область, Калмикія, Тува, Бурятія, Читинська область, Далекий Схід.
Найбільші досягнення з використання сонячної енергії відзначені в області створення систем теплопостачання із застосуванням плоских сонячних колекторів. Перше місце в Росії у впровадженні таких систем займає Краснодарський край, де за останні роки відповідно до діючої крайової програмою енергозбереження споруджено близько сотні великих сонячних систем гарячого водопостачання і безліч дрібних установок індивідуального користування. Найбільший розвиток сонячні установки для обігріву помешкань отримали в Краснодарському краї та Республіці Бурятія. У Бурятії сонячними колекторами продуктивністю від 500 до 3000 літрів гарячої води (90-100 градусів за Цельсієм) на добу оснащені різні промислові та соціальні об'єкти - лікарні, школи, завод "Електромашина" і т.д., а також приватні житлові будівлі. Порівняно підвищена увага приділяється розвитку геотермальних електростанцій, більш, мабуть, звичних нашим енергетичним розпорядникам і досягають великих потужностей, а тому краще укладаються в звичну концепцію енергетичного гігантизму. Фахівці вважають, що запаси геотермальної енергії на Камчатці і Курильських островах можуть забезпечити електростанції потужністю до 1000Мвт.
Ще в 1967р. на Камчатці була побудована Паужетская ГеоТЕС потужністю 11,5 МВт. Вона була п'ятою ГеоТЕС у світі. У 1967р. була введена в дію Пирятинського ГеоТЕС - перша в світі з бінарним циклом Ренкіна. В даний час будується Мутновської ГеоТЕС потужністю 200МВт з використанням вітчизняного обладнання, виготовленого Калузьким турбінним заводом. Цей завод приступив також до серійного випуску модульних блоків для геотермального електро - та теплопостачання. З використанням таких блоків Камчатка і Сахалін можуть бути практично повністю забезпечені електроенергією і теплом від геотермальних джерел. Геотермальні джерела з досить великим енергетичним потенціалом є в Ставропольському і Краснодарському краях. Сьогодні там внесок систем геотермального теплопостачання складає 3млн.Гкал/год.
На думку фахівців, при незліченних запасах цього виду енергії не вирішено питання про раціональне, рентабельне та екологічно нешкідливому використанні геотермальних ресурсів, що заважає налагодити їх індустріальне освоєння. Наприклад, що видобуваються геотермальні води використовуються варварськими методами: неочищену відпрацьовану воду, що містить ряд небезпечних речовин (ртуть, миш'як, феноли, сірку тощо) скидають в навколишні водойми, завдаючи непоправної шкоди природі. До того ж, всі трубопроводи геотермальних систем опалення швидко виходять з ладу із-за високої мінералізації геотермальних вод. Тому потрібно докорінний перегляд технології використання геотермальної енергії.
Зараз провідним підприємством з виготовлення геотермальних електричних станцій в Росії є Калузький турбінний завод та АТ «Наука», які розробили і проводять модульні геотермальні електростанції потужністю від 0,5 до 25 МВт. Розроблено й почала реалізовуватися програма створення геотермального енергопостачання Камчатки, в результаті якої щорічно буде зекономлено близько 900тис. ТУТ. На Кубані експлуатується 10 родовищ геотермальних вод. За 1999-2000рр. рівень видобутку теплоенергетичних вод у краї склав близько 9млнм3, що дозволило заощадити до 65тис.ТУТ. Підприємством «Турбокон», створеним при Калузькому турбінному заводі, розроблена надзвичайно перспективна технологія, що дозволяє отримувати електроенергію з гарячої води, що випаровується під тиском і обертає турбіну, оснащену замість звичних лопатей спеціальними воронками - так званими соплами Лаваля. Користь від таких установок, які отримали назву гідропарових турбін, як мінімум подвійна. По-перше, вони дозволяють повніше використовувати геотермальну енергію. Зазвичай для отримання енергії використовується тільки геотермальний пар або розчинені у геотермальної воді горючі гази, тоді як за допомогою гідропаровой турбіни для отримання енергії можна використовувати і безпосередньо гарячу воду. Інший можливий варіант застосування нової турбіни - отримання електроенергії в міських тепломережах, з води, що повертається від споживачів тепла. Зараз тепло цієї води пропадає даремно, тоді, як воно могло б забезпечувати котельні незалежним джерелом електрики.
Тепло надр Землі здатне не тільки викидати в повітря фонтани гейзерів, але й зігрівати житла і виробляти електроенергію. Великими геотермальні ресурси мають Камчатка, Чукотка, Курили, Приморський край, Західна Сибір, Північний Кавказ, Краснодарський і Ставропольський краї, Калінінградська область. Високопотенційне термальне тепло (пароводная суміш понад 100 градусів за Цельсієм) дозволяє виробляти електроенергію безпосередньо.
Зазвичай пароводяна термальна суміш вилучають із свердловин, пробурених на глибину 2-5 км. Кожна зі свердловин здатна забезпечити електричну потужність 4-8 МВт з площі геотермального родовища близько 1 км 2. При цьому з екологічних міркувань необхідно мати і свердловини для закачування в пласт відпрацьованих геотермальних вод.
В даний час на Камчатці діють 3 геотермальних електростанції: Паужетская ГеоЕС, Верхньо-Мутновської ГеоЕС і Мутновської ГеоЕС. Сумарна потужність цих геотермальних електростанцій становить більше 70 МВт. Це дозволяє на 25% забезпечити потреби регіону в електроенергії і послабити залежність від постачань дорогого привізного мазуту.
У Сахалінській області на о. Кунашир введені перший агрегат потужністю 1,8 МВт Менделєєвській ГеоТЕС і геотермальна теплова станція ГТС-700 потужністю 17 Гкал / год Велика частина низькопотенційної геотермальної енергії застосовується у вигляді тепла в житлово-комунальному та сільському господарствах. Так, на Кавказі загальна площа обігріваються геотермальними водами теплиць становить понад 70 га . У Москві збудований і успішно експлуатується експериментальний багатоповерховий будинок, в якому гаряча вода для побутових потреб нагрівається за рахунок низькопотенційного тепла Землі.
Нарешті, слід також згадати малі гідроелектростанції. З ними справа йде відносно благополучно в плані конструкторських розробок: обладнання для малих ГЕС випускається або готове до випуску на багатьох підприємствах енергомашинобудівної промисловості, з гідротурбінами різної конструкції - осьовими, радіально-осьовими, пропелерними, діагональними, ковшові. При цьому вартість обладнання, виготовленого на вітчизняних підприємствах, залишається значно нижче світового рівня цін. На Кубані ведеться будівництво двох малих ГЕС (МГЕС) на р.. Бешенки в районі п.Красная Поляна м.Сочі і скидання циркуляційної системи технічного водопостачання Краснодарській ТЕЦ. Заплановано будівництво МГЕС на скиданні Краснодарського водосховища потужністю 50 МВт. Розпочато роботу з відновлення системи малих ГЕС у Ленінградській області. У 1970-і рр.. там, в результаті проведення кампанії з укрупнення електропостачання області, припинили роботу більше 40 таких станцій. Плоди недалекоглядної гігантоманії доводиться виправляти зараз, коли необхідність у малих джерелах енергії стала очевидною.

Висновок
Потрібно відзначити, що в Росії ще немає таких законів, які б регулювали альтернативну енергетику і стимулювали її розвиток. Так само як і немає структури, яка б захищала інтереси альтернативної енергетики. Як, наприклад, атомної енергетикою окремо займається Минатом. Заплановано доповідь уряду про обгрунтування необхідності та розробці концепції проекту федерального закону "Про розвиток поновлюваних джерел енергії". За підготовку цієї доповіді відповідають цілих чотири міністерства: Міненерго, Мінекономрозвитку, Мінпромнауки і Мін'юст. Коли вони домовляться, невідомо.
Щоб галузь розвивалася швидко і повноцінно, закон повинен передбачати податкові пільги підприємствам, що виробляють обладнання для отримання енергії поновлюваних джерел (наприклад, зниження ставки ПДВ хоча б до 10%). Важливі також питання сертифікації та ліцензування (перш за все в тому, що стосується обладнання), тому що пріоритет відновлюваної енергії також повинен відповідати вимогам якості.
Розвиток альтернативних способів отримання енергії гальмують виробники та здобувачі традиційних джерел енергії: у них сильні позиції у владі і є можливість відстоювати свої інтереси. Альтернативна енергія до цих пір досить дорога в порівнянні з традиційною, тому що практично у всіх підприємств-виробників установки виходять досвідченими партіями в дуже невеликих кількостях і відповідно є дуже дорогими. Організація серійного виробництва і проведення сертифікації установок вимагають значних інвестицій, які повністю відсутні. Здешевлення вартості могла б сприяти держпідтримка. Проте ж це суперечить інтересам тих, чий бізнес заснований на видобутку традиційного вуглеводневого палива. Зайва конкуренція нікому не потрібна.
У результаті переважного використання поновлюваних джерел і розвитку альтернативної енергетики віддається перевагу в основному в тих регіонах, де це є найбільш очевидним рішенням сформованих енергетичних проблем. Росія володіє значними ресурсами вітрової енергії, у тому числі в тих регіонах, де відсутнє централізоване електропостачання - узбережжя Північного Льодовитого океану, Якутія, Камчатка, Чукотка, Сахалін, але навіть в цих районах енергетичні проблеми таким чином вирішувати майже не намагаються.
Про подальший розвиток альтернативної енергетики йдеться в "Енергетичній стратегії Росії на період до 2020 року". Цифри, яких повинна досягти наша альтернативна енергетика, є дуже низькими, завдання мінімальні, тому перелому в російській енергетиці чекати не доводиться. За рахунок альтернативної енергетики до 2020 року планується економити менше 1% всіх паливних ресурсів. Пріоритетом своєї "енергетичної стратегії" Росія вибирає атомну промисловість як "найважливішу частину енергетики країни".
Останнім часом були зроблені деякі кроки в бік розвитку альтернативної поновлюваної енергетики. Міненерго почало переговори з французами про перспективи співпраці в галузі альтернативної енергетики. У цілому ж можна відзначити, що стан і перспективи розвитку альтернативної енергетики на найближчі 10-15 років у цілому представляються плачевними.

Список використаних джерел
1. Копилов В.А. Географія промисловості Росії і країн СНД. Навчальний посібник. - М.: Маркетинг, 2001 - 184 с.
2. Відяпін М.В., Степанов М.В. Економічна географія Росії. - М.: Инфра - М., 2002 - 533 с.
3. Морозова Т.Г. Економічна географія Росії - 2-е вид., Ред .- М.: ЮНИТИ, 2002 - 471 с.
4. Арустамов Е.А. Левакова І. В. Баркалова Н.В. Екологічні основи природокористування. М. Вид. «Дашков і К». 2002.
5. В. Володін, П. Хазановський Енергія, століття двадцять первий.-М 1998
6. А. Голдін «Океани енергії». М: ЮНИТИ 2000
7. Попов В. Біосфера і проблеми її охорони. Казань. 1981.
8. Рахилин В. суспільство і жива природа. М. Наука. 1989.
9. Лаврус В.С. Джерела енергії К: Життєпис, 1997
10. Е. Берман. Геотермальна енергія - Москва: Світ, 1978р.
11. Л. С. Юдасин. Енергетика: проблеми та надії. М: ЮНИТИ. 1999.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
102.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Альтернативні джерела енергії та можливості їх застосування в Росії
Альтернативні джерела енергії в Україні та можливості їх використання в Україні
Альтернативні джерела енергії
Альтернативні джерела енергії 4
Альтернативні джерела енергії
Альтернативні джерела енергії Світ шукає
Альтернативні джерела енергії 2 Проблеми енергетики.
Альтернативні джерела енергії 2 Вітроенергетика: історія
Джерела енергії і генератори енергії
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru