Центрального административного округа школа 1276 с углубленным изучением английского языка Нетрадиционныеисточники энергии и их использование человеком итоговый реферат ученика10 Б класса Савина Василия. Учитель географии Мурина ВераНиколаевна 2002 В данном докладе будут рассмотрены особенности,проблемы и перспективы использования нетрадиционных источников энергии в масштабахнашей планеты.Для этого сначала необходимо ввести само понятие нетрадиционных источниковэнергии НИЭ классифицируем элементы этой группы Привед нная схема помогает разобраться, что подразумевают,когда говорят о нетрадиционной энергии ,а также да т классификацию механизмов,позволяющих эту энергию использовать перевести в виды, удобоусвояемые для человека-электрическую, механическую, тепловую etc Рассмотрим, в каких отраслях мирового хозяйства перспективноприменять такие механизмы.
Говоря иначе, рассмотрим области применения НИЭ.В сельскомхозяйстве потенциал использования НИЭ велик.
Во-первых, объекты этой отрасли нередкозначительно удалены от крупных электростанций ведь хорошо известные нам сегодняГЭС, ГРЭС, ТЭС не могут ориентироваться на потребителя в сво м размещении. Электрификациясельскохозяйственных объектов сегодня составляет 70 себестоимости их производства!Во-вторых сельскохозяйственные производства вообще очень энерго мки,еслии речь ид тоб электроэнергии. В особенности велики расходы на поение животных.А с применениемэнергии из нетрадиционных источников, эти расходы снижаются почти в 3 раза. Для приводаводоподъ мников и насосов целесообразнее всего способ получения энергии, основанныйна анаэробном в присутствии катализатора сбраживании отходов.На перерабатывающих предприятиях также выгодно использоватьэнергию из нетрадиционных источников для получения,к примеру, ультразвука, токов высокой частоты.
На нагрев воды и получение парадля стерилизации тоже выгодно использовать в качестве парогенераторов и дубл ровпарогенераторов ветроагрегаты при этом расходы сокращаются на 30-40 !Области примененияНИЭ многочисленны в быту их удобно применять также для нагрева воды, теплоснабжения,а также можно упомянуть гелиодуши.
Данная таблицаотражает масштабы использования НИЭ в мире в 90-тых годах прошлого века использование НИЭ в мире 1983 1986 1989 1991 1995 . 1046,2 662,7 596,5 638,3 eth 463,7 322,4 286,4 327,2 eth eth 118,5 86,4 81,0 88,3 eth 34 11,8 10,3 10,9 197,5 115,7 91,9 101,6 eth eth 232,7 126,5 99,9 106,1 eth gt 10 3,5 lt 10 0,6 Данные цифры,однако же,не отражают возрастающего значениянетрадиционных источников энергии в мировом хозяйстве.
Тем более нельзя по ним сделатьвывод о потенциале использования т.н. возобновляемых источников энергии в мировоммасштабе.А этот потенциал огромен даже по сравнению с современными объ мами выработкиэлектроэнергии на земном шаре.Так,одни только запасы ветровой энергии составляют,пооценке Всемирной Метеорологической органиизации, 170 трлн кВт ч год Мировоепроизводство электроэнергии-где-то 14,1 трлн кВт ч год. Это составляет 50700 ПДж год.Другиеданные можно получить из следующей таблицы , eth eth 69 106 69 103 375 eth eth 780 103 60 103 300 eth 300 103 1,6 103 1050 eth eth 11 103 3,75 103 1950 eth eth 3450 16 103 3,15 103 945 70 106 137 103 Для того,чтобы составить более полную картину, предлагаю вашемувниманию третью таблицу eth eth eth eth eth eth , eth eth , eth 243 45 561 42 eth 109 20 355 26 eth eth 85 16 215 16 eth eth 40 7 91 7 eth 48 9 69 5 eth 14 3 54 4 539 100 1345 100 eth eth eth eth eth eth eth 3 - 4 8 - 12 млн.т.н.Э миллионытонн нефтяного эквивалента. 1млн.т.н.Э. ок.29000ПДж ок.8 трлн кВт ч Неутешительные выводы можно сделать изнынешнего положения использования НИЭ в мире. Несмотря на то, что количество энергии,которое теоретически можно получить из любого из многих возобновляемых источников,значительно превышает е мировое производство, использование НИЭ в мире не превышает1 от общей выработки электроэнергии и других видов энергии тепловой, механическойи т.д Чем же это объясняется? Для того, чтобы исследовать этот вопрос,надо сначала сформулировать проблему, затем искать или доказывать правильность путейе решения.
Проблемы, с которыми сталкивается человечество в процессе развития электроэнергетики,да и всех других отраслей промышленности, не назов шь новой, е может сформулироватьсегодня любой гражданин страны с высоким или средним уровнем экономического развития Первое место по известности, конечно же,занимают различные виды загрязнения окружающей среды тепловое, химическое, радиоактивное.
О химическом загрязнении следует заметить,что большая часть нефти попадает в Мировой океан не из-за аварий на танкерах, акак следствие повседневных операций. Статистика Общее загрязнениенефтью Мирового океана- 2-5 млн. тонн в год, в т. числе Из речногостока-41 Через сточные воды-12 Вследствиеестественных излияний со дна океана-15 из-за морскихперевозок аварии и нормальные раб. операции 20 Выпадает сатмосферными осадками 4 Сток из городских районов 3 . Нефтеперегонные заводы на суше менее 1 Половина всей этой нефти- это отработанныемасла машинных двигателей.
То есть, участие здесь нетрадиционных источников энергиименее эффективно, чем кажется на первый взгляд.
Однако если говорить о химических загрязненияхв целом, можно предположить, что замена привычных нам ДВС , к примеру, водороднымидвигателями, поможет нам значительно сократить выбросы в атмосферу ядовитых соединенийсеры, фосфора, свинца.
Так ли это? Не совсем, если говорить онынешнем уровне технического развития в этой области.
К примеру, свинцовые аккумуляторыв электромобилях являются причиной более значительного выброса свинцовой пыли, чемв обычных автомашинах. А без таких аккумуляторов почти невозможно реализовать многиепроекты, казалось бы, спасительные для окружающей среды и для мировой энергетики.Тепловые загрязнения также в большинствеслучаев не удастся решить посредством использования НИЭ, т.к. большинство устройствдля извлечения энергии из НИ основаны на преобразовании этой энергии в электрическую,а ведь тепловые отходы именно этого процесса остаются главной причиной этого явления Большое влияние, однако же, может оказатьиспользование НИЭ на снижение объ мов радиоактивного загрязнения окружающей среды.К тому же, использование энергии расщепления атомного ядра сопряжено с огромнойопасностью для близлежащих к такой электростанции районов.
Опасность ядерной энергии показана человечествуна примере не только хрестоматийной Чернобыльской аварии, но и менее значительных скажем так, менее губительных , однако многочисленных случаев, таких как аварийнаяситуация на АЭС Три-Майл-Авент. Из наиболее экзотических можно назватьпроблемы нефтедобычи и газодобычи в США. Во-первых, современные способы отделения полезных от пустых веществ вс ещ оставляют желать лучшего.
В США появляетсявс больше открытых месторождений нефти. Открытый -значит, заброшенный за неимениемтребуемых технических возможностей для разработки.
А для отделения метана от плотных формаций в 60-ых годах была организованат.н. кампания Плаушар . Суть программы состояла в использовании подземных ядерныхвзрывов для дробления разделяющих стенок из горных пород между небольшими месторождениями.Хотя в штатах Нью-Мехико и Колорадо были проведены три эксперимента, программа прекратиласуществование, поскольку население штатов , где должны были производиться атомныевзрывы, было обеспокоено последствиями этих взрывов.
К тому же получаемый газ самоказался слаборадиоактивным. Но нас интересуют не столько такие комическиеситуации, сколько общая тенденция к пониманию роли защиты окружающей среды в экономическиразвитых странах.Также учт м особо крупные масштабы потребления электроэнергииэтими странами, что объясняет актуальность для них темы энергетического кризиса. По разным источникам, разведанных запасов полезныхископаемых хватит на несколько десятков лет. Мои источники дают следующие цифры при современном уровне потребления энергоресурсов нефти должно хватить на 50 лет,природного газа - на 73, каменного угля - на 170, бурого угля - на 500 лет. Поэтому значение НИЭ постепенно повышается.В нашей стране перспективно использование биомассы как уже упоминалось , а такжестроительство приливных электростанций ПЭС . Энергию из биомассы также широко получаютв Бразилии, США В Греции, Израиле, Кипре, Турции успешноиспользуются генераторы солнечной энергии.
В Дании, ОК, Индии, Китае ,Калифорнии-ветроагрегаты.
А помимо России ПЭС эксплуатируются во Франции, Канаде, Индии, Китае. Однако же рост масштабов использованияНИЭ затрудн н, помимо упомянутых, ещ и другими трудностями. Главным бедствиям разнообразных ветроагрегатоввсегда была их шумность.Ветряные фермы возникает необходимость удалять от насел нныхпунктов, что затрудняет ориентацию производителей электроэнергии на потребителя.Для решения этой проблемы постоянно модифицируются рабочие лопасти ветроагрегатов,а также происходит видоизменение оси рабочей оси. Ветроагрегаты могут работать только присиле ветра, лежащей в установленных пределах.
При штормовом ветре может произойтиполомка устройства, или усталость лопастей уменьшение прочности металла при большихнагрузках . Одним из примеров здесь можно назвать поломку восьмитонной лопасти ветродвигателяна холме Грандпас-Ноб в 1941 году. Важным недостатком как ветровой, так исолнечной энергии, является е рассеянность.
Так, например,удельная мощность потока солнечной энергии на поверхности Земли не превышает 1 кВт м2,а плотность мощности воздушного потока при его скорости 7 м с около 150 Вт м2. Этоозначает, что для получения от НВИЭ сколько-нибудь заметных мощностей необходимособирать энергию с весьма больших площадей, что требует создания больших и дорогостоящихустановокСолнечные батареи фирм Красное Знамя Рязань и Солнечныйветер Краснодар Важным недостатком как ветровой, так исолнечной энергии, является е рассеянность.
Так, например,удельная мощность потока солнечной энергии на поверхности Земли не превышает 1 кВт м2,а плотность мощности воздушного потока при его скорости 7 м с около 150 Вт м2. Этоозначает, что для получения от НВИЭ сколько-нибудь заметных мощностей необходимособирать энергию с весьма больших площадей, что требует создания больших и дорогостоящихустановок Но проблемы НИЭ привлекают к своему решениюпрактически весь научный и промышленный потенциал государства.
Развитие НИЭ являетсястимулом развития экономики. Рассмотрим перспективы создания водородногодвигателя . Его выхлоп- чистая вода, он компактен, удобен в применении.Самый главныйвопрос здесь- как получить топливо для такого двигателя в достаточном количестве.Современной науке известно 2 способа разложения воды на кислород и водород- электролиз разложение под действием эл. тока и пиролиз под действием высоких температури катализатора . Но оба этих способа очень энерго мки. Над рещением данной проблемы бьются уч ные всех специальностей, многихстран мира.Химики ищут катализаторы реакции разложения воды,физики-деш вые способыполучения электричества,биологи изучают бактерии,способные разлагать воду на кислороди водород.Такие бактерии биологами уже найдены,но количество выделяемого ими бактериями водорода столь мало,что о промышленном масштабе говорить не приходится,и ищутсяспособы повышать производительность таких бактерий.
В решении проблемы поиска деш вогоспособа получения водорода,возможно,кроется возможность совершения энергетическойреволюции.
По выражению депутата Госдумы РФ В. Овченкова,эффективное использование НВИЭ позволит улучшить социальные иэкологические условия жизни и сохранить потенциал невозобновляемых энерго-ресурсов для будущих поколений.Об этом было упомянуто в связи с рассмотрениемнового законопроекта, в соответствии с которым использование НИЭ в нашей странебудет управляться государством через специальныйфедеральный орган, а финансирование программ использования НИЭ будет осуществлятьсяиз федерального бюджета на условиях возвратности и платности . То есть, фактическиНВИЭ в их нынешнем составе прида тся стратегическая важность.
Использование их на территориях российскогоКрайнего Севера и приравненных к ним удал нных районов позволит уже сейчас сократитьпоставки топлива к ним на 15-17 Помимо упомянутых мною видов НИЭ, в законопроектеупоминаются в качестве таковых тепло земли, а также т.н. природный градиент температур.
Природный градиент температур- это разницатемператур на разных высотах. Правда, на практике чаще применяются системы лучистогообогрева, действие которых основано на разности нагрева крыши и нижних этажей зданий из-за конвекции . Эти устройства распределяют тепло с крыши в виде инфракрасныхлучей по полезной площади здания, т.е. туда, где находятся люди.Они отличаются экономичностьюи экологической чистотой.Говоря о тепле земли как источнике энергии, следует, разумеется,пояснить, что речь ид т о процессах ,протекающих в земных недрах.К сожалению, яне смог подобрать информацию по устройствам, осуществляющим переход тепла земныхнедр в иные виды энергии.
Эта информация не является общедоступной. В качестве примера для установок, использующихсядля освоения НИЭ приведу основные технические характеристики лучших из выпускаемыхсегодня в нашей стране агрегатов.СОЛНЕЧНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ СВУ 1, СВУ2 Для использованиясолнечной энергии НП АО Электромаш разработана серия солнечных водонагревательныхустановок СВУ-1, СВУ-2, СВУ-М. Солнечная водонагревательная установка СВУ-1 состоитиз бака-аккумулятора емкостью 1000 литров и 10 плоских солнечных коллекторов.
Тепловоспринимающаяплощадь каждого плоского коллектора СВУ-1 1,1 м2. Данная установкаобеспечит горячей водой в объеме 1000 литров в сутки в течение всего периода активногосолнца апрель - октябрь . Возможно подключение на параллельную работу неограниченногоколичества коллекторов.
Установка работаетпо одноконтурной схеме - т.е. вода проходит через систему плоских коллекторов, нагревается,поступает в бак накопитель, а затем к потребителю.При необходимости установкаможет комплектоваться циркуляционным насосом. Солнечная водонагревательнаяустановка СВУ-2 применяется в тех случаях, когда не требуется большого количестванагретой воды. СВУ-М по своемуназначению соответствует установке СВУ-2. Основные отличия СВУ-М от СВУ-2 заключаютсяв следующем увеличена емкостьбака-аккумулятора с 80 до 120 литров увеличена площадьтепловоспринимающей панели с 1,1 м2 до 1,8 м2 предусмотренавозможность раздельного монтажа тепловоспринимающей панели и бака-аккумулятора коллектор тепловоспринимающейпанели и внутренняя емкость бака-аккумуляторавыполнены из антикоррозионных материалов предусмотренавозможность комплектации бака-аккумулятора электрическим нагревателей мощностью 3 кВт с регулируемымтермостатом на случай пасмурной погоды.
Серийные поставкиСВУ-М возможны с 2002 года. Солнечные водонагревательныеустановки рассчитаны на многолетний срок службы.
На 1 м2 поверхностисолнечной водонагревательной установки за 10 часов световогодня поступает энергия, равная 5,7 кВт ч. Этой энергии достаточнодля нагрева 80 литров воды от температуры13С до 65С. Для коммунальногопользования СВУ-1 состоит из бака аккумулятораи плоских нагревательных коллекторов емкость бака1000 л по желанию заказчика количество коллекторов 10 шт площадь поверхностиколлектора 1,1 м2 масса без воды 550 кг. Для индивидуальногопользования СВУ-2-80 состоит из бака аккумулятораи нагревательного коллектора, совмещенных в одном корпусе емкость бака80 л площадь поверхностиколлектора 1,1 м2 масса без воды 85 кг. Для индивидуальногопользования СВУ-2-120 состоит из бака аккумулятораи нагревательного коллектора, совмещенных в одном корпусе емкость бака120 л площадь поверхностиколлектора 1,1 м2 масса без воды 100 кг. Все типы СВУ обеспечиваютнагрев воды в солнечную погоду до 50С за 3 4часа.АГРЕГАТ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВЭ-250С Номинальнаявыходная мощность, кВт200 Напряжениепеременного трехфазного тока, В380 Начало выработкиэлектроэнергии при скорости ветра, м с4,0 Скоростьветра при достижении номинальной мощности, м с14,5 Прекращениевыработки электроэнергии при скорости ветра, м с25 Механизмориентациипассивный виндозное устройство Диаметр ветроколеса, м25 Частотавращения ветроколеса, об мин47,6 Количестволопастей, шт.3 Материаллопасти стеклопластик Масса агрегата без фундамента , т22Вывод.Прогресс немыслимбез борьбы с потребительским подходом к природе и е ресурсам.
НИЭ есть альтернативаиспользованию невозобновимых видов топлива и загрязнению тем самым окружающей среды.Хотя использование НИЭ не всегда может способствовать осуществлению этих целей, но, поскольку работа над внедрением НИЭ объединяет специалистов самых разных отраслейнародного хозяйства, оно использование может являться, как есть основания ожидать,показателем и залогом экономического благополучия страны.По прогнозам уч ных, ужечерез 10 лет доля НИЭ в мировом пр-ве электроэнергии составит 5,7.