Альтернативные источники энергии

  К так называемым нетрадиционным источникам энергии относятся: тепло Земли (геотермальная энергия), Солнца (в том числе энергия ветра, морских волн, тепла морей и океанов), а также «малая» гидроэнергетика: морские приливы и отливы, биогазовые, теплонасосные установки и другие преобразователи энергии.

 Но только возобновляемые источники энергии, могут представлять реальную альтернативу традиционным технологиям сегодня и в перспективе.

 Солнечная энергия. Одно из главных достоинств солнечной энергии - ее экологическая чистота. Правда, соединения кремния могут наносить небольшой вред окружающей среде, однако по сравнению с последствиями сжигания природного топлива такой ущерб - капля в море.

Способы получения электричества  и тепла из солнечного излучения:

-получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.

-преобразование солнечной энергии  в электричество с помощью  тепловых машин: 

паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;

-гелиотермальная энергетика — Нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).

-термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).

-солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри  баллона аэростата за счет  нагрева солнечным излучением  поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Достоинства:

-Общедоступность и неисчерпаемость  источника.

-Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности ) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки:

-Зависимость от погоды и времени  суток.

-Как следствие необходимость  аккумуляции энергии.

-Высокая стоимость конструкции.

-Необходимость периодической очистки  отражающей поверхности от пыли.

-Нагрев атмосферы над электростанцией.

 

Энергия Мирового океана. В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии.

Прежде всего – это энергия приливов и отливов. Могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой (так называемая сизигия), Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабый прилив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.

 

Однако истинный ход прилива  и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

 Также – это энергия морских течений. Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений, накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и электрическую энергию с помощью турбин, погруженных в воду (подобно ветряным мельницам, «погруженным» в атмосферу). Важнейшее и самое известное морское течение – Гольфстрим. Его основная часть проходит через Флоридский пролив между полуостровом Флорида и Багамскими островами. Ширина течения составляет 60 км, глубина до 800 м.

 В настоящее время в ряде  стран, и в первую очередь  в Англии, ведутся интенсивные  работы по использованию энергии морских волн. Британские острова имеют очень длинную береговую линию, к во многих местах море остается бурным в течение длительного времени. По оценкам ученых, за счет энергии морских волн з английских территориальных водах можно было бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое превышает мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому Центральному электроэнергетическому управлению. Один из проектов использования морских волн основан на принципе колеблющегося водяного столба. В гигантских «коробах» без дна и с отверстиями вверху под влиянием волн уровень воды то поднимается, то опускается. Столб воды в коробе действует наподобие поршня: засасывает воздух и нагнетает его в лопатки турбин. Главную трудность здесь составляет согласование инерции рабочих колес турбин с количеством воздуха в коробах, так чтобы за счет инерции сохранялась постоянной скорость вращения турбинных валов в широком диапазоне условий на поверхности моря.

Получение энергии за счет разности химического состава воды.

В океане растворено огромное количество солей. Может ли соленость быть использована, как источник энергии? Может. Большая концентрация соли в океане навела ряд исследователей Скриппского океанографического института в Ла - Колла (Калифорния) и других центров на мысль о создании таких установок. Они считают, что для получения большого количества энергии вполне возможно сконструировать батареи, в которых происходили бы реакции между соленой и несоленой водой.

 

 Геотермальная энергия. Используя тепло пород земной коры, можно через скважины закачивать вниз холодную воду, а на выходе получать пар или горячую воду, которые затем используются как в быту, так и на производстве. Первые эксперименты в данной области проводились более 100 лет назад. Практически применить геотермальный генератор попытались в США во времена нефтяного кризиса, правда, не очень удачно. Связано это было прежде всего с тем, что существующие на тот момент установки были несовершенны. В настоящее время геотермальная энергия успешно вырабатывается в таких странах, как: Германия, США, Англия, Япония, Франция, Норвегия, Испания, Греция. А в Исландии, которая не зря считается самой экологически чистой страной, свыше 80% населения для отопления помещений, оранжерей, плавательных бассейнов используют геотермальные тепловые насосы.

 Преимущества геотермии, по мнению специалистов, очевидны. Во-первых, никакого, по сравнению с нефтью и углем, вреда для окружающей среды, во-вторых, доступность в любое время года и при любой погоде, в-третьих, затраты на профилактику и эксплуатацию практически сведены к нулю. Затраты на все работы по установке системы окупаются уже через 3 - 4 года. Освобождаются площади, которые раньше необходимы были для хранения топлива. Что интересно, геотермальные установки используются не только для обогрева, но также и для охлаждения помещений в летнее время, при этом механизм работы таких систем как бы запускается в обратную сторону.

 

 Ветровая энергия. Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. По оценкам различных авторов, общий ветроэнергетический потенциал Земли равен 1200 ТВт, однако возможности использования этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы.

Среднегодовая скорость ветра на высоте 20–30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока, проходящего через надлежащим образом ориентированное вертикальное сечение, достигала значения, приемлемого для преобразования. Ветроэнергетическая установка, расположенная на

площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2 Энергия, содержащаяся в потоке движущегося воздуха, пропорциональна кубу скорости ветра. Однако не вся энергия воздушного потока может быть использована даже с помощью идеального устройства. Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы. Аккумуляторная батарея автоматически подключается к генератору в тот момент, когда напряжение на его выходных клеммах становится больше, чем на клеммах батареи, и также автоматически отключается при противоположном соотношении.

 Хранение ветряной энергии.

При использовании ветра возникает серьезная проблема:

избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Как же

накапливать и сохранить впрок  энергию ветра? Простейший способ состоит  в том,

что ветряное колесо движет насос, который  накачивает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

 

 Биоэнергия.  По определению биоэнергетика – это отрасль альтернативной энергетики, то есть энергетики, которая считается возобновимой. Количество потребляемой энергии всем человечеством в год – просто огромно. Ежегодно прирост биомассы на планете достигает 130 млрд. тонн сухого вещества. Это соответствует 660 000 ТВтч в год, при том, что мировой общественности требуется всего лишь 15 000 ТВтч в год. бщественности требуется всего лишь 15 000 ТВтч в год.

    Сегодня более 99% автовладельцев  используют топливо, производимое  из нефти. И с каждым днем  количество автомобилей на дорогах  растет. Нефтяное топливо едва  ли можно считать возобновляемым. Количество нефти с каждым годом неумолимо уменьшается, что приводит к повышению цены на нее. А поскольку экономика многих стран только развивается, то несмотря на повышение цен, спрос на нефть все равно будет расти. Замкнутый круг, выходом из которого может стать биотопливо.

    Долгое время биотопливо  считалось неконкурентоспособным,  потому что уступало ископаемому  топливу и по производимой  мощности и по сложности внедрения.  Но постоянно развивающиеся технологии  помогли решить эти проблемы. Боитопливо бывает разных типов:

- жидким: метанол, этанол, биодизель;

- газообразным: водород, сжиженный  нефтяной газ (пропанобутановые  фракции);

- твердым: дрова, уголь, солома.

 Недавно созданное жидкое  биотопливо отличается своей  экологичностью и  доступностью, но помимо этого имеет и еще одно важно преимущество. Для перехода на жидкое биотопливо не понадобиться существенных изменений в структуре двигателей и оборудования. Само биотопливо представляет собой сырьё, получаемое при переработке, как правило, семян рапса, сои, стеблей сахарного тростника или кукурузы. Развивается еще много направлений получения органического топлива (например из целлюлозы).           Гораздо проще обстоит ситуация с биодизельным топливом. Боидизельное топливо – это растительное масло переэтерифицированное метанолом (иногда может использоваться этанол или изопропиловый спирт). Реакция обычно проходит при нормальном давлении и температуре 60 °С. Растительные масла получает из самых различных представителей флоры (более 20 наименований), но лидером остается Рапс. Это маслянистое растение, которое легко выращивается в сельскохозяйственных условиях.

 Импорт нефти сильно сказывается на бюджете страны (не будем забывать и о том, что с каждым годом ее стоимость увеличивается). А биотопливо наоборот дешевеет с каждым днем. Отсюда можно утверждать, что экономия при переходе на биотопливо может оказаться весьма существенной. Более того, в феврале 2006 года Евросоюзом был принят документ «Стратегия для биотоплива», который описывает рыночный, законодательный и исследовательский потенциал по увеличению использования биотоплива. Пусть сегодня процентная доля биотоплива в мировой топливной энергетике не достигает даже одного, с таким количеством преимуществ ситуация должна сильно измениться уже в ближайшее время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство науки  и образования Украины 
Запорожский национальный технический университет 
Кафедра Химии и экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сообщение 

по теме: ”Альтернативные источники энергии ”