Возобновляемая энергетика

Работу выполнила ученица 10 А класса МБОУ Лицея 62 МОУ ДОД ЭБЦ Орджоникидзевского района Зарипова Аделия

Энерговооруженность общества – основа его научно-технического прогресса, база развития производительных сил. Её соответствие общественным потребностям – важнейший фактор экономического роста. Развивающееся мировое хозяйство требует постоянного наращивания энерговооруженности производства. Однако, человечеству в последнее время постоянно не хватает энергии. Все чаще в газетах и различных журналах встречаются статьи об энергетическом кризисе. Если в конце XIX века энергия играла, в общем, вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии

В понятие возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включаются следующие формы энергии: 1)солнечная 2) геотермальная 3) ветровая 4) энергия морских волн 5) течений, приливов и океана 6) энергия биомассы 7) гидроэнергия 8) низкопотенциальная тепловая энергия

ВИЭ разделяют на две группы Традиционные: гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии ГЭС; энергия биомассы, используемая для получения тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и некоторые другие виды печного топлива); геотермальная энергия. Нетрадиционные: солнечная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии малыми и микроГЭС, энергия биомассы, не используемая для получения тепла традиционными методами, низкопотенциальная тепловая энергия и другие.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) помогают разнообразить поставки энергоресурсов и в долгосрочной перспективе могут заменить убывающие ископаемые энергетические ресурсы. Использование ВИЭ вместо ископаемого топлива может в значительной степени снизить выбросы парниковых газов и других загрязняющих веществ. Растущий спрос на ВИЭ в индустриально развитых странах приводит к экономии за счет роста производства; такой рост упрощает доступ к проектам по использованию ВИЭ в развивающихся странах. Хотя специалисты считают, что многие рынки смогли бы выдержать более высокие темпы включения в них ВИЭ, этому препятствуют многочисленные барьеры. Стоимость технологий с использованием ВИЭ остается высокой, хотя и продолжает снижаться.

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА К настоящему времени основными способами прямой утилизации солнечной энергии являются преобразование ее в электрическую и тепловую. Устройства, преобразующие солнечную энергию в электрическую, называются фотоэлектрическими или фотовольтаическими, а приборы, преобразующие солнечную энергию в тепловую, - термическими. Существует два основных направления в развитии солнечной энергетики: 1)решение глобального вопроса снабжения энергией 2) создание солнечных преобразователей, рассчитанных на выполнение конкретных локальных задач

Солнечные преобразователи делятся на две группы: Высокотемпературные Низкотемпературные В преобразователях первого типа солнечные лучи концентрируются на небольшом участке, температура которого поднимется до 3000°С. Самая многочисленная часть солнечных преобразователей работает при гораздо меньших температурах – порядка °С. С их помощью подогревают воду, обессоливают ее, поднимают из колодцев. В солнечных кухнях готовят пищу. Сконцентрированным солнечным теплом сушат овощи, фрукты и даже замораживают продукты. Энергию солнца можно аккумулировать днем для обогрева домов и теплиц в ночное время. Солнечные установки практически не требуют эксплуатационных расходов, не нуждаются в ремонте и требуют затрат лишь на их сооружение и поддержание в чистоте. Работать они могут бесконечно.

КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА Сфокусировать солнечные лучи можно с помощью вогнутого зеркала. Оно является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором параллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала. Если в фокус зеркала поместить трубу с водой, то она нагреется. Таков принцип действия солнечных преобразователей прямого действия. Наиболее эффективно их можно использовать в южных широтах, но и в средней полосе они находят применение. Зеркала в установках используются либо традиционные – стеклянные, либо из полированного алюминия. Наиболее эффективные концентраторы солнечного излучения (рис. 6) имеют форму: 1.цилиндрического параболоида 2.параболоида вращения 3.плоско-линейной линзы Френеля

ТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится - нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию. Энергетика земли (геотермальная энергетика) базируется на использовании природной теплоты Земли. Недра Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый источник энергии.

ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны. Так, тепловая энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Поисковые работы по извлечению энергии из морей и океанов приобрели в последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и их перспективы становятся все более обещающими. Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др.

ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Приливные волны таят в себе огромный энергетический потенциал – 3 млрд. кВт. Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС).

ТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА Большое внимание приобрела "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК), т.е. получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний. Температура воды океана в разных местах различна. Принцип действия этих станций заключается в следующем: теплую морскую воду(24-32° С) направляют в теплообменник, где жидкий аммиак или фреон превращаются в пар, который вращает турбину, а затем поступает в следующий теплообменник для охлаждения и конденсации водой с температурой 5-6 °С, поступающей с глубины метров. Получаемую электроэнергию передают на берег по подводному кабелю, но ее можно использовать и на месте (для обеспечения добычи минерального сырья со дна или его выделения из морской воды). Достоинство подобных установок – возможность их доставки в любой район Мирового океана. К тому же, разность температур различных слоев океанической воды – более стабильный источник энергии.

ЭНЕРГИЯ БИОМАСС Есть два основных направления получения топлива из биомассы: 1)С помощью термохимических процессов 2)Путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использованиябиомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м3. Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений, трав и др. Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина. Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: 1)энергетическую 2) агрохимическую (получение удобрений) 3) экологическую.

Ядерная энергетика Ядерная энергетика является отраслью энергетики, которая использует атомную энергию (ядерную энергию) в целях выработки электрического тока и параллельно тепловой энергии. Источниками энергии АЭС (атомных электростанций) являются ядерные реакторы, в которых протекает контролируемая цепная реакция деления ядер в тяжелых элементах, в ходе которой (при делении ядер плутона или урана) производится тепловая энергия, которая путем преобразования превращается электрическую энергию (таким же образом, как и на тепловых электростанциях). является отраслью энергетики, которая использует атомную энергию (ядерную энергию) в целях выработки электрического тока и параллельно тепловой энергии. Источниками энергии АЭС (атомных электростанций) являются ядерные реакторы, в которых протекает контролируемая цепная реакция деления ядер в тяжелых элементах, в ходе которой (при делении ядер плутона или урана) производится тепловая энергия, которая путем преобразования превращается электрическую энергию (таким же образом, как и на тепловых электростанциях).

Ядерные реакторы делятся на несколько групп: в зависимости от средней энергии спектра нейтронов - на быстрые, промежуточные и тепловые; по конструктивным особенностям активной зоны - на корпусные и канальные; по типу теплоносителя - водяные, тяжеловодные, натриевые; по типу замедлителя - на водяные, графитовые, тяжеловодные и др.

Ядерная энергетика или ВИЭ? Ядерная энергетика и возобновляемые источники энергии дополнят друг друга при их совместном использонании: строительство АЭС требуется много времени, а развитие возобновляемых источников энергии происходит быстрее. Ядерная энергетика представляет собой экономически эффективную альтернативу традиционной энергетике для обеспечения базовой нагрузки, а возобновляемые источники, например, солнечная и ветряная энергетика, работают в прерывистом режиме. Безопасность по-прежнему является ключевым вопросом ядерной энергетики, и отрасль добилась существенных достижений в этом направлении

Показатели использования ВИЭ в России За несколько лет до кризиса в России стала быстро создаваться нормативно-правовая база развития ВИЭ. За принятыми в конце 2007 г. поправками к Федеральному закону «Об электроэнергетике», заложившим рамочные основы развития ВИЭ, последовал ряд конкретизирующих документов,например, Постановление Правительства Российской Федерации, утвердившим правила квалификации генерирующего объекта, функционирующего на основе использования ВИЭ. В рамках совершенствования законодательной базы разработан и внесен в Государственную Думу проект Федерального закона «Об использовании альтернативных видов моторного топлива», предусматривающий меры по поддержке развития производства альтернативных видов моторного топлива. В рамках разрабатываемого проекта Федерального закона «О теплоснабжении», предусматриваются меры по развитию ВИЭ в сфере теплоснабжения.

Для совершенствования нормативной базы использования ВИЭ предусматривается: усовершенствовать систему целевых показателей и обеспечить совершенствование государственной статистической отчетности; разработать и регулярно уточнять схему размещения генерирующих объектов электроэнергетики на основе использования ВИЭ; обеспечить разработку и реализацию мер по привлечению внебюджетных инвестиций для сооружения новых и реконструкции действующих генерирующих объектов, использующих ВИЭ, включая законодательно определенную меру (ФЗ-35) – предоставление субсидий в порядке компенсации стоимости технологического присоединения к электрическим сетям квалифицированных генерирующих объектов на базе ВИЭ; разработать комплекс мер по содействию развития малых предприятий, функционирующих на рынке энергетического сервиса в сфере электроэнергетики на основе использования ВИЭ.

В области совершенствования инфраструктурного обеспечения развития производства электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии предусматривается обеспечить: повышение эффективности научного и технологического обслуживания развития возобновляемой энергетики; рациональное использование потенциала отечественной промышленности; создание и развитие доступной информационной среды; подготовку специалистов, а также разработку системы нормативно-технической и методической документации по проектированию, строительству и эксплуатации генерирующих объектов; содействие созданию системы стимулирования потребителей электрической энергии.

Распоряжение Правительства РФ (январь 2009 г.) определило основные направления государственной политики в области развития электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года и установлены целевые показатели использования ВИЭ в сфере электроэнергетики. Эти показатели предусматривают увеличение доли использования ВИЭ (кроме ГЭС мощностью свыше 25 мВт) с 0,9 % в 2008 году до 1,5% к 2010-му, до 2,5% - к 2015-му и до 4,5 % к 2020 году, что составляет около 80 млрд. кВтч выработки электроэнергии с использованием ВИЭ в 2020 году при 8,5 млрд. кВтчас в настоящее время. К 2020 г. планируется увеличить долю возобновляемых источников в производстве электроэнергии до 4,5% без учета крупных ГЭС, и до 19-20% с учетом последних.

В соответствии с прогнозными оценками структура генерирующих мощностей до 2020 г. будет изменяться следующим образом: гидроэлектростанции с 47 млн.кВт (20,6%) до млн.кВт (18,3-19,7%), атомные электростанции с 24 млн.кВт (10,5%) до млн.кВт (12,1-12,9%), ВИЭ-электростанции (без учета крупных ГЭС) – с 2,2 млн. кВт. до 25,3 млн. кВт; в структуре потребления топлива на ТЭС будет снижаться доля газа с 69% в 2008 г. до 61-66% в 2020 г. при интенсивном росте доли угля от 26,2% до 30-35% соответственно. При этом абсолютный объем потребления газа увеличится всего примерно на 10%, а угля – в 1,35 – 1,75 раза. Рост производство электрической энергии на ГЭС мощностью более 25 МВт составит от 168 млрд. кВтчас в 2010 до 284 млрд. кВтчас в 2020 году. Производство тепловой энергии на основе использования ВИЭ увеличится с 63 млн. Гкал в 2010 году до 121 млн. Гкал в 2020 году.

Список используемой литературы: Журнал «Техника молодежи» 5, 1990г. Лаврус В.С. «Источники энергии» К.: НиТ 1997г. Огородников И.А., Огородников А.А. «На пути к устойчивому развитию:экодом. Сборник материалов» М.: Социально-экологический союз, 1998г. Энергетические ресурсы мира. Под редакцией Непорожнего П.С., ПопковаВ.И. - М.: Энергоатомиздат г. Ресурсы Интернета. Сайт «Энергия будущего.Информационный сайт по альтернативной энергетике» URL: