Альтернативні джерела енергії

Зміст
  Введення
1. Альтернативні джерела енергії
2. Сонячна енергія
3. Вітрова енергія
4. Біопаливо
Список використаної літератури

Введення

Вчені попереджають про можливе вичерпання відомих і доступних для використання запасів нафти і газу, про виснаження інших найважливіших ресурсів: залізної і мідної руди, нікелю, марганцю, алюмінію, хрому і т.д. За 40 років після другої світової війни було використано стільки мінерального сировини, скільки за всю попередню історію людства. Звичайно, про повне (або абсолютному) вичерпання ресурсів говорити ще рано (в міру розширення пошукових робіт достовірні запаси окремих ресурсів навіть зросли), але це слабка втіха.
Сьогодні енергетика світу базується на невідновлюваних джерелах енергії. В якості головних енергоносіїв виступають нафту, газ і вугілля. Найближчі перспективи розвитку енергетики пов'язані з пошуками кращого співвідношення енергоносіїв і, перш за все з тим, щоб спробувати зменшити частку рідкого палива. Але можна сказати, що людство вже сьогодні вступило в перехідний період - від енергетики, що базується на органічних природних ресурсах, які обмежені до енергетики на практично невичерпної основі.
Великі надії у світі покладаються на так звані альтернативні джерела енергії, перевага яких полягає в їх відновлюваних і в тому, що це екологічно чисті джерела енергії.
Виснаження ресурсів змушує виробляти ресурсозберігаючу політику, широко використовувати вторинну сировину. У багатьох країнах додаються величезні зусилля для економії енергії та сировини. Сьогодні вже близько 1 / 3 всієї маси використовуваних в світі металів - алюмінію, міді, цинку, свинцю і олова - добувається з відходів та вторинної сировини. У ряді країн прийняті державні програми економії енергії.
Енергетична і сировинна проблеми стають усе більш гострими в Росії, хоча її частка у світовому видобутку нафти, газу, у виробництві металів, мінеральних добрив значна. Це пояснюється, зокрема, тим, що наша країна в розрахунку на одиницю національного доходу витрачає занадто багато палива, електроенергії, металу. Металу, наприклад, витрачається в 2,4 рази більше, ніж у США. На виплавку 1т. міді витрачається в 3 рази більше енергії, ніж у ФРН. А з вторинних ресурсів виробляється приблизно 1 / 3 чорних і кольорових металів. Тоді як у ФРН відповідна частка дорівнює 60%.
Для вирішення цих проблем потрібні зусилля всіх країн. [1]

1. Альтернативні джерела енергії

Все більшу популярність у світі набувають альтернативні джерела енергії. Їх перевага полягає в відновлюваних енергетичних ресурсів. До таких джерел можна віднести:
енергію сонця,
енергію вітру,
енергію припливів,
глибинне тепло Землі,
паливо з біомаси.
Вже побудовані геліостанції в США (Каліфорнії). Вони мають економічні показники, які не поступаються станціям інших типів. У ряді країн створені геотермальні станції - у США (станція Гейзерс в США має потужність 1 млн. кВт), Росії, на Філіппінах і в Італії; приливні - у Франції, Канаді, Росії і КНР; вітрові - у США та Данії. [2]
Створенням палива з біомас активно займаються практично в усьому світі і навіть є країни, які вже перейшли на цей вид палива в певній мірі (у Фінляндії потреби в пальному вже на 20% задовольняються за рахунок біопалива, а лідирує в ЄС щодо використання біомаси у якості джерела енергії Німеччина). Звичайно, треба розуміти, що на те, щоб повністю замінити ту саму нафту (застосування) біопаливом повинен пройти певний термін. А поки необхідно проводити подальші дослідження в цій області. Але вже зараз можна побачити основні переваги біодизельного палива:
у вихлопі набагато менше токсичних відходів, сажі (на 50%) та викидів СО та СО _2;
воно дешевше нафтопродуктів;
може використовуватися як в чистому вигляді, так і в суміші зі звичним паливом;
в суміші придатне для будь-якого дизельного двигуна практично без переробки;
саме по собі значно безпечніше для навколишнього середовища, ніж звичайне паливо (менше токсична, ніж звичайна кухонна сіль);
легко розкладається мікроорганізмами (на 90% за 3 тижні);
подовжує життя двигуна (не утворюється нагар в циліндрах);
не має неприємного запаху. [3]
Крім того, до альтернативних джерел енергії багато людей також відносять і атомну енергетику. Атомна енергетика (як і біопаливо) є найбільш передовим видом енергії. Наприклад, Західна Європа лідирує за його розвитку.
Відомо, що робота АЕС майже не шкодить природі - їхні викиди нульові (на противагу ТЕС отруюють атмосферу мільйонами тонн отруйних викидів). Але з цим видом енергії ще невідомо поки що.
Справа в тому, що ймовірні можливості аварій і до цих пір не вирішена проблема захоронення відходів атомних електростанцій. [4]
Відтепер наше майбутнє в наших руках і від нас залежить, чи зможемо ми змінити ситуацію, що склалася в кращу сторону.

2. Сонячна енергія

Часто говорять, що нове - добре забуте старе. Як не дивно, до сонячної теплової енергії ці слова теж відносяться. Розкопки археологів показали, що в стінах лазень та деяких інших будівель Стародавнього Риму були прокладені канали, по яких проходив тепле повітря від нагрівається сонячним випромінюванням частини будівель і створював комфортну температуру в усіх приміщеннях. [5]
Хоча багато хто з нас цього і не підозрюють, спосіб отримання електроенергії з сонячного світла відомий більше ста років. Явище фотоелектрічества вперше спостерігав Едмон Беккерель в 1839г. Проводячи серію експериментів з електрики, він занурив 2 металевих електрода в проводить розчин і піддавав установку впливу сонячного світла. Між електродами виникло невелике електричну напругу. Поява на початку 50-х років сонячних елементів, розроблених в лабораторії Белла, зробило революцію в електронній промисловості. Космічна індустрія була б без них практично безпорадна. Легкі сонячні генератори енергії дозволили абсолютно по-іншому підійти до проблеми створення штучних супутників Землі. Крім того, сонячна енергія може використовуватися в сонячних будинках. [6]
Сонячні установки можуть бути призначені для опалення і гарячого водопостачання житлових будинків. Сонячні енергетичні установки здатні заощадити дороге мінеральне паливо, завдяки розумному використанню енергії сонячного випромінювання.
Уявлення про сонячному будинку (будинку, в якому теплохладоснабженіе та гаряче водопостачання, здійснюване за допомогою сонячної енергії) стало широко відомо. Напевно, самим ідеальним прикладом такого будинку є традиційний японський будинок. Що влітку, що взимку там завжди цілком прийнятна температура для проживання. Але справжніх сонячних будинків, де повністю відпрацьована система опалення та охолодження, ще порівняно небагато, і зробити їх економічно виправданими зовсім
не просто. Однак очевидним є той факт, що природних запасів нафти і вугілля на земній кулі не вистачить на тривалий термін і подальша технічна програма нерозривно пов'язана з необхідністю економії енергії. [7]
В кінці 80-х років найбільш поширеними предметами особистого вжитку, у яких використовувалася сонячна енергія, були "сонячні кухні". Навіть існували спеціальні портативні сонячні кухні, які можна було брати з собою в морську подорож або в екскурсію в гори (виробляли Франція, Швейцарія). У цей же час в Японії були створені електричні панелі, сонячні фотоапарати, радіоприймачі, портативні сонячні батареї, "сонячні світильники.
У префектурі Агава, в місті Ної з'явилася сонячна теплова електростанція, що виробляє електроенергію.
Відомо, що ще в 1979р. легкий одномісний літак, оснащений сонячними батареями, який називався "Солар Челленджер" і був виготовлений в США, благополучно перетнув морський протоку між Францією і Англією, Крім того, на електричному автомобілі з сонячними батареями був здійснений автопробіг через весь материк Австралії. [8]

3. Вітрова енергія

... Він занадто непостійна і не піддається контролю
К. Маркс (про вітер)
Вперше енергія вітру була використана, мабуть, для пересування вітрильних суден, а пізніше - для підйому води і розмелювання зерна. Вважається, що в Китаї, Японії та Тибеті перший вітряні двигуни були побудовані більше 2 тисяч років тому. Стародавні вавілоняни використовували їх для осушення боліт. У Єгипті і на Близькому Сході будували вітряні водопідйомники і млини. [9]
Але толком вітряної енергією стали займатися набагато пізніше. У Росії цей вид енергії став об'єктом для досліджень тільки після революції. У зв'язку з початком електрифікації сільського господарства була організована робота по створенню вітроелектричних станцій (ВЕС). Вже у 1930р. була спроектована, а в 1931р. споруджена в Криму перша в світі ВЕС Д30 потужністю 100 кВт. Станція пропрацювала до 1942г. і давала енергію в електричну мережу Севастопольенерго. А у 1956р. було вироблено понад 9 тисяч вітродвигунів.
За кордоном найбільш широке застосування вітроустановки знайшли в Австралії, Новій Зеландії, Латинській Америці, Греції та ін [10]
Вітер - 1 з найбільш потужних енергетичних джерел, який за сприятливих умов може бути широко використаний в народному господарстві. Він виникає внаслідок постійної циркуляції переміщення повітряних мас в атмосфері, викликаної нерівномірним нагрівом сонцем земної поверхні.
Вітер - дармовий енергетичне джерело. Тому у деяких ще існує думка, що й енергія, отримана за допомогою вітродвигунів теж практично "дешева". Особливість вітру як енергетичного джерела полягає в його непостійність, великої мінливості швидкості, а звідси і енергії (в силу ряду метеорологічних чинників (обурення атмосфери, зміна сонячної активності і кількість теплової енергії, що надходить на землю), а також через вплив рельєфних умов у даній місцевості швидкість і напрям вітру змінюються за випадковим законом). [11]
Незважаючи на кілька великі капітальні вкладення вітроустановки економічніше теплових установок внаслідок низької експлуатації витрат (витрати на них менше в 6 разів). Звідси витрати окупаються за 1-1,5 роки. Крім того, термін служби вітроагрегатів (щодо тихохідних машин) значно більше, ніж у теплових двигунів. Тому питомі витрати металу на одиницю виробітку за весь термін служби, а також амортизаційні відрахування у них менше.
Розвиток вітроенергетики шляхом будівництва ВЕС залежить від того, як швидко вдасться знизити вартість і металоємність двигунів, підвищити їх надійність. Для цього застосовуються залізобетонні опори, неметалеві лопаті, легована сталь і легкі сплави. Щоб ВЕС стали вигідніше конкуруючих установок капіталовкладення в їх будівництво потрібно знизити на 25-30%.
Велике державне значення має економія мінерального палива та охорона навколишнього середовища від забруднень.
У числі причин, що зумовили прагнення до розширення використання енергії вітру:
швидке зростання потреби в енергії при обмежених запасах рідкого і твердо палива та потенційних гідроенергетичних ресурсів;
різке підвищення цін на мінеральне паливо;
великі капіталовкладення при спорудженні теплових і гідравлічних електростанцій (зростають з урахуванням витрат на передачу енергії, які досить значні тому, що доводиться забезпечувати енергією все більш віддалені від ліній передач, розосереджені і менш потужні споживачів);
розширення можливостей використання вугілля, нафти і газу (в хімічній промисловості для одержання синтетичних матеріалів);
значні досягнення в області аеродинаміки і механіки, літакобудування та хімії, електротехніки та ін дозволяють створити досконаліші та економічні вітроагрегати.
Найбільш широко вітроустановки можуть застосовуватися в сільському господарстві для зарядки акумуляторних батарей, опріснення мінералізованих вод, відкачування води для питних потреб, аерації водойм.
Крім того, електричні вітроустановки малої потужності, поряд з зарядкою акумуляторів, можуть живити енергією маяки та бакени, захищати від корозії газу - і нафтопроводи. Автономні ВЕС, що працюють ізольовано, можуть використовуватися обмежено і тільки для живлення енергією водопідйомних і меліоративних установок.
Установки оберігають від замерзання в зимовий час поверхню водойм, використовуваних для худоби. Також існують райони, де в господарствах вітроустановки економічніше використовувати (пустелі, напівпустелі, посушливі зони). [12]

4. Біопаливо

Цей вид енергії має великі переваги перед іншими видами, оскільки він відносно дешевий і практично нешкідливий для навколишнього середовища. Природно, що це не могло залишитися непоміченим і багато країн вже активно займаються дослідженнями у цій галузі:
Кіпр.
У зв'язку з безперервним зростанням цін на нафту, на Кіпрі все активніше обговорювалася можливість використання в якості альтернативи нафти біодизельне або інші різновиди палива, отримані з біомаси. Вже до кінця 2005р. був підготовлений план поставок такого палива і частковий переклад на нього автомобілів з дизельним двигуном. Його почнуть отримувати з кукурудзи, сої, бавовни, макухи, що залишається після віджимання масла з оливок. Крім того, в країні розробляється програма, спрямована на впровадження електромобілів і "гібридів". Одним із заходів має стати надання значних субсидій (1700 євро-> 2000 $) всім громадянам, що бажають придбати такий автомобіль. [13]
Японія.
У Токійському технологічному інституті недавно запатентований метод перетворення рослинної олії в біодизельне паливо з використанням каталізаторів, в десятки разів набагато більш дешевих, ніж застосовувані нині. Будь-яке рослинне масло може служити автомобільним паливом, але для цього входять до його складу жирні кислоти треба перетворити в ефіри. До цих пір необхідні для цього каталізатори залишалися дуже дорогими.
Японські вчені отримали придатний для багато кратного використання каталізатор - тверду кислоту зі звичайного цукру. Тепер, на думку авторів відкриття, налагодивши промисловий випуск каталізатора, можна буде приступати до масового виробництва дизельного палива з відновлюваної сировини.
США.
На конкурсі екологічно чистих транспортних засобів "Сонячний тур", що пройшов влітку 2005р. У штаті Нью-Джерсі, серед машин на альтернативному паливі переміг автомобіль "Вегетаріанець", що працює на відходах шкільної їдальні. Цей автомобіль створили студенти Центральної школи з містечка Трентон (штат Нью-Джерсі). Точніше вони переобладнали старенький "Фольксваген Гольф" 1985р. Випуску, пристосувавши його двигун до роботи на біодизельному паливі власного рецепту і виготовлення. Як з'ясувалося, технологія виробництва біопалива, розроблена студентами, безпечна для навколишнього середовища і безвідходна. Навіть для перемішування використаного кукурудзяної олії з студентській їдальні з лугом, метанолом і етанолом вони пристосували змішувач з сонячної енергії. А з виділеного в процесі виробництва палива гліцерину одержували мило, яке знайшло застосування тут же, в студентському гаражі. Як запевняють розробники, на створення альтернативного авто вони витратили менше 1000 $, включаючи купівлю старого "Гольфа". "Апетит" ж у "вегетаріанця" скромний - близько 5,5 л. на 100км., що крім цілком невинного вихлопу дозволяє розраховувати і на швидку окупність витрат.
Все більше американців вважають за краще наслідувати приклад цих студентів. Невеликі компанії вже продають приблизно за 800 $ конверсійні комплекти, що дозволяють автомобілі з дизельним двигуном заправляти звичайною рослинною олією. Багато американців домовляються з розташованими поблизу кафе або ресторанами і забирають у них використане мастило. У багатьох ресторанах використане мастило охоче віддають безкоштовно, вважаючи цей "симбіоз" вельми вигідним (інакше довелося б платити приблизно 50 $ на місяць на утилізацію). Правда необхідно лише зрідка заправлятися стандартним дизпаливом (воно потрібно для запуску холодного двигуна і перших декількох кілометрів пробігу).
З 2005р. У країні стрімко формується ринок альтернативного автомобільного палива, і в США вже з'явилися компанії, які оптом скуповують в ресторанах відпрацьоване масло і продають його автомобілістам, за ціною 20-25 центів за літр, що, втім, у два з гаком рази дешевше звичайного палива. [14]
Росія.
У Бєлгородській області навесні 2005р. пройшли перші випробування тепловоза з дизельним двигуном, адаптованим і працює на рапсовій олії. Вже в 2006р., Всі тепловози, приписані до місцевої залізниці, розраховують перевести на паливо з ріпаку. [15]
Великі надії за кордоном покладають на отримання енергії з біомаси, яка містить різні цукри, шляхом її зброджування з отриманням спирту (етанолу). У Бразилії розроблена національна програма використання етанолу, отриманого з цукрового очерету, для заміни майже чверті споживаного в країні бензину. Вже сьогодні близько 10% продаваного там бензину містить 10%-ную добавку етанолу, що помітно знижує вміст шкідливих речовин у вихлопних газах.
Масштабна програма заміни бензину етанолом, одержуваних при переробці надлишків кукурудзи та інших зернових культур, здійснюється і у США. На частку так званого газохолу (суміші бензину з етанолом) вже припадає близько 10% паливного ринку країни. Причому, як склали американські експерти, якщо спирту в бензин додавати не більше 8%, то немає потреби навіть в перенастроюванні карбюраторів або інжекторів.
Використання спирту як палива на транспорті отримало широке поширення у Франції та Швеції. [16]

Список використаної літератури

1. Байєрс Т.20 конструкцій із сонячними елементами: підручник. - М.: Мир, 1988. - 197С.
2. Пустовалова Л.М. Загальна хімія: підручник / Л.М. Пустовалова, І.Є. Никанорова. - Ростов-на-Дону, Фенікс, 2005. - 478С.
3. Сюнроку Танака Житлові будинки з автономним теплохладоснабженіем: навчальний посібник / Танака Сюнроку, Судна Рейдзі. - М.: Стройиздат, 1989. - 225С.
4. Шефтер І.Я. Використання енергії вітру: навчальний посібник. - М.: Енергія, 1975. - 247С.
5. Поїдемо на біопаливі / / Екологія і життя. - 2006. - 5 (54). - С.63
6. Клопоти навколо вихлопів / / Екологія і життя. - 2006. - 2 (51). - С.49-50.