Альтернативные источники энергии: современный обзор и перспективы развития

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ИНСТИТУТ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ (УНИВЕРСИТЕТ) МИД РОССИИ

 

 

Международный институт энергетической политики и дипломатии

 

 

Кафедра глобальной энергетической политики и энергетической безопасности

 

 

Реферат по дисциплине «Основы  нефтегазового дела» на тему:

«Альтернативные источники энергии: современный обзор и перспективы развития».

 

 

Автор: Даниелян Г.К.,

студент I курса 

магистратуры «Международная энергетическая

 экономика и деловое  администрирование»

 

Научный руководитель: Кузнецов А. М.,

с. н. с., д. т. н., профессор

 

 

 

 

 

 

Москва

2012 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

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

Глава 1. Альтернативные источники энергии………………………………....4

1.1.   Основные причины перехода к АИЭ……………………….………….…5

1.2. Основные альтернативные источники энергии…………….……………..6

Глава 2. Перспективы и инвестиции АЭИ.........................................................15

2.1. Перспективы ………………………………….…........................................15

2.2. Инвестиции....................................................................................................16

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

Список использованной литературы и интернет-ресурсов.............................18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования  и развития человечества, оказывает  воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепла и электроэнергии и т.д.

Во второй половине ХХ столетия перед  человечеством восстала глобальная проблема – это загрязнение окружающей среды продуктами сгорания органического  топлива.

Существуют  «традиционные» виды альтернативной энергии: энергия Солнца и ветра, морских  волн и горячих источников, приливов и отливов. На основе этих природных  ресурсов были созданы электростанции: ветряные, приливные, геотермальные, солнечные.

Основным  преимуществом возобновляемых источников является их экологическая чистота  и неограниченность. Энергия солнца, ветра, геотермальная, приливная неограниченны, в отличии от запасов нефти и газа. Поэтому рано или поздно система энергоснабжения всех стран будет вынуждена переходить на возобновляемые источники. Но современная, уже сложившаяся система экономических отношений и энергосистема, а также стоимость мощных установок, использующих альтернативные источники энергии, делает этот переход очень дорогим. К тому же генераторы, использующие определенные виды возобновляемой энергии (ветра, приливные, геотермальные), привязаны к определенным территориям, что сильно затрудняет их повсеместное использование. Еще очень важным фактором является то, что электростанции, использующие альтернативные источники энергии, обладают сравнительно малой мощностью и не могут обеспечивать потребности промышленности, потребляющей большую часть производимой электроэнергии. Вложения в них окупаются далеко не сразу, поэтому без государственных программ массовое внедрение альтернативных источников энергии в нашей стране практически невозможно.

 

 

ГЛАВА 1. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

 

Альтернативная  энергетика — совокупность перспективных  способов получения энергии, которые  распространены не так широко, как  традиционные, однако представляют интерес  из-за выгодности их использования  при низком риске причинения вреда  окружающей среде в районе.

Альтернативный  источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии  — потребность получать её из энергии  возобновляемых или практически  неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться  также экологичность и экономичность.

Итак, отбросив в сторону тепловую энергетику, от которой необходимо полностью отказаться, и атомную энергетику, небольшую  долю которой (особенно на первое время) все же придется оставить в мировом  энергобалансе, обратимся теперь к  альтернативной энергетике, основанной на использовании возобновляемых источников энергии. К ним относятся уже  существующие источники энергии, использующие энергию Солнца, ветра, приливов и отливов, морских волн, внутреннее тепло планеты. Рассмотрим теперь подробнее каждый из них и выясним, возможно ли, и насколько эффективно их применение.

 

1.1. Основные причины перехода к АИЭ

 

Основные  причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:

• Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.
• Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;
• Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут;
• Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными  ГЭС, - всё это увеличивает социальную напряженность.
• Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

 

 

 

1.2. Основные альтернативные источники энергии

 

Энергия солнца.

Ведущим экологически чистым источником энергии  является Солнце. В настоящее время  используется лишь ничтожная часть  солнечной энергии из-за того, что  существующие солнечные батареи  имеют сравнительно низкий коэффициент  полезного действия и очень дороги в производстве. Однако не следует  сразу отказывать от практически  неистощимого источника чистой энергии: по утверждениям специалистов, гелиоэнергетика  могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии  на тысячи лет вперед. Возможно, также  повысить КПД гелиоустановок в несколько  раз, а разместив их на крышах домов  и рядом с ними, мы обеспечим  обогрев жилья, подогрев воды и работу бытовых электроприборов даже в  умеренных широтах, не говоря уже  о тропиках. Для нужд промышленности, требующих больших затрат энергии, можно использовать километровые пустыри  и пустыни, сплошь уставленные мощными  гелиоустановками. Но перед гелиоэнергетикой встает множество трудностей с сооружением, размещением и эксплуатацией гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности. Поэтому общий удельный вес гелиоэнергетики был и останется довольно скромным, по крайней мере, в обозримом будущем. На протяжении миллиардов лет Солнце ежесекундно излучает огромную энергию. Около трети энергии солнечного излучения, попадающего на Землю, отражается ею и рассеивается в межпланетном пространстве. Много солнечной  энергии идёт на нагревание земной атмосферы, океанов и суши. В настоящее время в народном хозяйстве достаточно часто используется солнечная энергия – гелиотехнические  установки (различные типы солнечных теплиц, парников, опреснителей, водонагревателей, сушилок). Солнечные лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала, плавят самые тугоплавкие металлы. Ведутся работы по созданию солнечных электростанций, по использованию солнечной энергии для отопления домов и т.д. Практическое применение находят солнечные полупроводниковые батареи, позволяющие непосредственно превращать солнечную энергию в электрическую.

Ветер.

Потенциал энергии ветра подсчитан более  менее точно: по оценке Всемирной  метеорологической организации  ее запасы в мире составляют 170 трлн кВт·ч в год. Ветроэнергоустановки разработаны и опробованы настолько  основательно, что вполне прозаической выглядит картина и сегодняшнего небольшого ветряка, снабжающего дом  энергией вместе с фермой, и завтрашних тысяч гигантских сотнеметровых  башен с десятиметровыми лопастями, выстроенных цепью там, где постоянно  дуют сильные ветры, вносящих тоже свой немаловажный “процент” в мировой  энергобаланс.

 У  энергии ветра есть несколько  существенных недостатков, которые  затрудняют ее использование,  но отнюдь не умаляют ее  главного преимущества - экологической  чистоты. Она сильно рассеяна  в пространстве, поэтому необходимы  ветроэнергоустановки, способные постоянно  работать с высоким КПД. Ветер  очень непредсказуем - часто меняет  направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Ветроэнергостанции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но, как мы увидим дальше эти недостатки можно уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

В настоящее  время разработаны ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при  самом слабом ветре. Шаг лопасти  винта автоматически регулируется таким образом, чтобы постоянно  обеспечивалось максимально возможное  использование энергии ветра, а  при слишком большой скорости ветра лопасть столь же автоматически  переводится во флюгерное положение, так что авария исключается.

Разработаны и действуют так называемые циклонные  электростанции мощностью до ста  тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим  воздушным потоком, создает искусственный  “циклон”, который вращает турбину. Такие установки намного эффективнее  и солнечных батарей и обычных  ветряков.

Чтобы компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные “ветряные фермы”. Ветряки при  этом стоят рядами на обширном пространстве, потому что их нельзя ставить слишком  тесно - иначе они будут загораживать друг друга. Такие “фермы” есть в США, во Франции, в Англии, но они  занимают много места; в Дании  “ветряную ферму” разместили на прибрежном мелководье Северного моря, где она  никому не мешает, и ветер устойчивее, чем на суше.

Положительный пример по использованию энергии  ветра показали Нидерланды и Швеция, которая приняла решение на протяжении 90-х годов построить и разместить в наиболее удобных местах 54 тысячи высокоэффективных энергоустановок. В мире сейчас работает более 30 тысяч  ветроустановок разной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии.

 

 

Водород.

На данный момент водород является самым разрабатываемым  «топливом будущего». На это есть несколько причин: при окислении  водорода образуется как побочный продукт  вода, из нее же можно водород  добывать. А если учесть, что 73% поверхности  Земли покрыты водой, то можно  считать, что водород неисчерпаемое  топливо. Так же возможно использование  водорода для осуществления термоядерного  синтеза, который вот уже несколько  миллиардов лет происходит на нашем  Солнце и обеспечивает нас солнечной  энергией.

Гидроэнергия.

Гидроэнергостанции  – еще один из источников энергии, претендующих на экологическую чистоту. В начале XX века крупные и горные реки мира привлекли к себе внимание, а концу столетия большинство из них было перегорожено каскадами плотин, дающими баснословно дешевую энергию. Однако это привело к огромному ущербу для сельского хозяйства и природы вообще: земли выше плотин подтоплялись, ниже – падал уровень грунтовых вод, терялись огромные пространства земли, уходившие на дно гигантских водохранилищ, прерывалось естественное течение рек, загнивала вода в водохранилищах, падали рыбные запасы и т.п. На горных реках все эти минусы сводились к минимуму, зато добавлялся еще один: в случае землетрясения, способного разрушить плотину, катастрофа могла привести к тысячам человеческих жертв. Поэтому современные крупные ГЭС не являются действительно экологически чистыми. Минусы ГЭС породили идею “мини-ГЭС”, которые могут располагаться на небольших реках или даже ручьях, их электрогенераторы будут работать при небольших перепадах воды или движимые лишь силой течения. Эти же мини-ГЭС могут быть установлены и на крупных реках с относительно быстрым течением.

Детально  разработаны центробежные и пропеллерные энергоблоки рукавных переносных гидроэлектростанций  мощностью от 0.18 до 30 киловатт. При  поточном производстве унифицированного гидротурбинного оборудования “мини-ГЭС” способны конкурировать с “макси” по себестоимости киловатт-часа. Несомненным плюсом является также возможность их установки даже в самых труднодоступных уголках страны: все оборудование можно перевезти на одной вьючной лошади, а установка или демонтаж занимает всего несколько часов.

Еще одной  очень перспективной разработкой, не получившей пока широкого применения, является недавно созданная   геликоидная турбина Горлова (по имени ее создателя). Ее особенность заключается в том, что она не нуждается в сильном напоре и эффективно работает, используя кинетическую энергию водяного потока - реки, океанского течения или морского прилива. Это изобретение изменило привычное представление о гидроэнергостанции, мощность, которой ранее зависела только от силы напора воды, то есть от высоты плотины ГЭС.