научно-исследовательская практика машиностроение. практика НИР1. 1. Перспективы альтернативных источников энергии
 Скачать 385.67 Kb.
|
 Введение Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменением климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к альтернативным источникам энергии (АИЭ). Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли. По прогнозам British Petroleum, традиционные топливно-энергетические ресурсы, при существующих темпах развития нефтегазовой отрасли, иссякнут в ближайшие 100-150 лет. Мировые запасы угля составляют 30 трлн тонн, нефти - 300 млрд тонн, газа - 220 трлн м3. Разведанные запасы угля составляют 1685 млрд тонн, нефти - 137 млрд тонн, газа - 142 трлн м3. Несмотря на это, при том, что в последние годы было сделано много открытий месторождений нефти и газа в шельфовых зонах морей, запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет. Практически все развитые страны мира уделяют серьезное внимание проблеме использования АИЭ. В России также разработана комплексная программа проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ по использованию АИЭ. Программой предусмотрен ряд организационных мероприятий по освоению промышленностью производства и широкомасштабного внедрения систем энергоснабжения, работающих на АИЭ. 1. Перспективы альтернативных источников энергии Одной из фундаментальных проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. В настоящее время основными источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Стоимость будет расти, а сами ресурсы будут медленно, но верно сокращаться, ведь уголь, нефть и газ-это не возобновляемые источники энергии и рано или поздно они закончатся. Следовательно, мы должны использовать их рационально, стараться экономить. Альтернативная энергетика может помочь нам это сделать. Именно поэтому во многих странах мира ведутся исследования по расширению использования альтернативных источников энергии-торфа, горючих сланцев, битумов, нетрадиционных газов, энергии тепла земли, солнца, ветра, океана, биосинтеза и др. В таблице 1 представлены альтернативные источники энергии, получившие наибольшее распространение. Таблица 1.  В ряде стран в этом направлении достигнуты определенные успехи: из угольных пластов добывается метан, работают солнечные, ветровые, гидротермальные электростанции, из отходов вырабатывается биогаз, из биомассы получают моторное топливо и т.д. 2. Ресурсы альтернативной энергетики 2.1 Ветроэлектростанции Человек пытался ''приручить'' ветер с незапамятных времен, и у него это получилось. Парус - простое и гениальное изобретение. Люди пускались в плавания под парусами и открывали новые страны, и даже материки. А как же ветер может послужить нам сейчас? Может! И служит! Наверняка все мы слышали, а может, и видели ветряные мельницы. Ветер дует, вращает лопасти, которые в свою очередь приводят во вращение жернова и мы получаем муку. А ведь человек научился получать и электроэнергию. На рис. 2 показана схема устройства ветроколеса.  Рис.2 Ветроколесо  Рис. 3.Общий вид ветроустановки на 8 кВт. Вращаясь, ветроколесо, соединенное с валом электрогенератора приводит его во вращение и вот мы уже получаем электроэнергию. Ветроустановки бывают различных типов и конструкций, но наибольшее распространение получили крыльчатые ветродвигатели. Хорошие аэродинамические качества крыльчатых ветродвигателей, конструктивная возможность изготовлять их на большую мощность, относительно лёгкий вес на единицу мощности – основные преимущества ветродвигателей этого класса. Коммерческое применение крыльчатых ветродвигателей началось с 1980 года. 2.2 Геотермальная энергетика В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий энергоноситель – вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхних геосфер. Вода насыщает все породы осадочного чехла. Она содержится в породах гранитной и осадочной оболочек, а вероятно, и в верхних частях мантии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при температуре около 700 °С вода находится исключительно в газообразном состоянии. На глубине 50-60 км при давлениях около 3·104 атм. исчезает граница фазовости, т.е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода. В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород, содержащие термальные воды (гидротермы). В связи с этим в земной коре следует выделять еще одну зону, условно называемую «гидротермальной оболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару только на разной глубине. В районах современного вулканизма гидротермальная оболочка иногда выходит на поверхность. Здесь можно обнаружить не только горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и парогазовые струи с температурой 180-200° С и выше. Подсчеты запасов термальных вод основываются на имеющихся данных об объемах гравитационных вод, заключенных в пластах, объемах самих водоносных горизонтов и коллекторских свойствах слагающих их горных пород. Запасы термальных вод представляют собой общее количество выявленных термальных вод, находящихся в порах и трещинах водоносных горизонтов, имеющих температуру 40-200° С, минерализацию до 35 г/л и глубину залегания до 3,5 тыс. м от дневной поверхности. С развитием глубокого бурения на 10-15 км открываются многообещающие перспективы вскрытия высокотемпературных источников тепла. 2.3 Гидроэнергетика Гидравлическая энергия рек представляет собой работу, которую совершает текущая в них вода. Человек издревле использовал эту энергию. Он изобрел водяное колесо, которое служило приводом для разных механизмов. А по прошествии столетий человек научился добывать из воды сотни мегаватт электрической энергии. И это величайшее достижение. Ведь все мы знаем о круговороте воды в природе. Следовательно, наши реки и моря будут всегда пополняться и нести свои бурные воды в мировой океан. В настоящее время для получения электроэнергии люди используют речной сток, энергию приливов и отливов, энергию течений, энергию волн, тепловую энергию океана и еще массу вещей. Наибольшие успехи достигнуты в использовании речного стока на гидроэлектростанциях (ГЭС). ГЭС являются составной частью электроэнергетических систем, а во многих случаях и водохозяйственных систем. 2.3.1 ГЭС Гидроэлектростанция представляет собой комплекс сооружений и оборудования, при помощи которых осуществляется концентрация водной энергии и ее преобразование в электроэнергию. Концентрация водной энергии заключается в сосредоточении падения напора реки в створах, удобных для строительства ГЭС. На рис. 4 представлена простейшая схема ГЭС.  Рис. 4.Схема ГЭС. В водохранилище перед плотиной содержаться миллионы кубометров воды. Эта запасенная вода, необходимая для работы станции. В здании ГЭС установлены гидро-машины, которые вращаясь под напором воды, приводят в движение вал электрогенератора, на клеммах которого появляется электроэнергия. 2.3.2 Энергия морских приливов Периодические изменения уровня воды в морях и океанах, называемые приливами и отливами, происходят под действием сил притяжения в космической системе Земля-Луна-Солнце. Смена приливов и отливов наблюдается на большинстве морских побережий 4 раза в сутки. Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с. Энергия приливных течений может быть преобразована подобно тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно маломощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае. Из современных ПЭС наиболее хорошо известны крупномасштабная электростанция Ранс, мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ранс (Бретань, Франция). Преобразование энергии отливов и приливов в электрическую на ПЭС происходит по следующей схеме.  Суженный створ пролива или устья реки перегораживается путем сооружения здания станции и плотины. При этом образуется бассейн, куда во время прилива вода поступает из моря, а при отливе - обратно. Разность уровней воды в море и бассейне обеспечивает работу гидротурбин. При выравнивании уровней воды в бассейне и море и сокращении напора ниже минимально необходимого для работы турбин значения они останавливаются до следующего восстановления напора во время прилива или отлива. На рис. 5 показан принцип действия ПЭС.  Рис. 5.Принцип действия ПЭС Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибрежных районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потребностям навигации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно, с погрешностью менее 4%. Таким образом, приливная энергия оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии. 2.4 Гелиоэнергетика Общее количество энергии, идущей от Солнца к Земле - 123 трлн. т у.т. в год - в 3000 раз больше, чем энергия всех остальных видов топлива. Существуют два типа преобразования солнечной энергии – в электрическую и тепловую. В свою очередь, электроустановки бывают двух основных видов: - солнечная энергия нагревает воду или другое рабочее тело до парообразного состояния, пар направляется в турбину, вращающую электрогенератор; -солнечная энергия преобразуется непосредственно в электрическую с помощью фотоэлементов. Наверняка каждый из нас пользовался калькулятором на солнечной батарее или смотрел время по часам с солнечной батарейкой. Это самый распространенный способ использования солнечной энергии. А в эпоху борьбы за экологию и чистоту окружающего воздуха человек стал изобретать машины, которые заряжаются от солнца и движутся без капли бензина. И таких разработок в настоящее время все больше и больше. И не исключено, что когда-нибудь мы повсеместно перейдем на эту чистую и бесплатную энергию. В настоящее время в европейских странах существуют проекты и действующие системы обеспечения отдельных домов теплом и электричеством, используя лишь солнечную энергию. На крыше такого дома обычно расположены солнечные батареи, а так же солнечные коллекторы для нагрева воды. Заключение Несомненно, что в ближайшие десятилетия уголь, нефть и газ будут основополагающими топливами для получения электрической и тепловой энергии. И самая главная этому причина - их относительная простота добычи и непосредственно использования в качестве топлива. В настоящем реферате показаны некоторые альтернативные источники энергии, рассмотрены наиболее распространенные и работоспособные схемы получения электрической энергии при помощи солнца, ветра, морских течений и т.д. Все эти схемы опираются на реально существующие и работающие установки. Так что сокращение потребления органического топлива электростанциями для выработки электроэнергии не такая уж и фантастика, а вполне осуществимая задача. Список литературы1. Абук Магомедов. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Махачкала: Издательско-полиграфическое объединение "Юпитер", 1996. - 245с. 2. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. - М. Энергоатомиздат. 1990. - 392 с. 3. Сичкарев В.И. Волновые энергетические станции в океане / В.И. Сичкарев, В.А. Акуличев. - М.: Наука, 1989. - 132 с. 4. Бернштейн Л.Б. Приливные электростанции в современной энергетике/ Л.Б. Бернштейн и др.; Под ред.Л.Б. Бернштейна. - М.:, 1961. - 256 с. 5. Усачев И.Н. Приливные электростанции. - М.: Энергия, 2002. - 288 с. 6. Самсонов В.С. Экономика предприятий энергетического комплекса: Учеб. для ВУЗов/ В.С. Самсонов, М.А. Вяткин - М.: Высш. Шк., 2001 - 416 с. 7. Водянников В.Т. Экономическая оценка энергетики АПК: Учеб. пособие для студентов ВУЗов/ В.Т. Водянников. - М.: ИКФ "ЭКМОС", 2002. - 384 с. 8. Шпильрайн Э.Э., Проблемы и перспективы возобновляемой энергии в России Источник: Материалы Пятого Международного Форума "Высокие технологии 21 века"; 9. Энергетический центр ООО "МегаДом". Информационный материал [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.energycenter.ru/razdel/33/. 10. ОАО "РусГидро". Возобновляемые источники электроэнергии [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.rushydro.ru/industry/FACF55F/FACF58B. 11. "Энергосовет". Портал по энергосбережению и энергоэффективности. Каталог энергосберегающих технологий. Возобновляемые источники энергии [Электронный ресурс] - http://www.energosovet.ru/entech. php? id=20. 12. Атлас ветров России = Russian Wind Atlas / А.Н. Старков, Л. Ландберг, П.П. Безруких, М.М. Борисенко; М-во топлива и энергетики России, Нац. лаб. Рисо (Дания), Рос. - Дат. ин-т энергоэффективности. - М.: Можайск-Терра, 2000. - 551 с. 13. Мусаев М. Состояние и мировая практика использования альтернативных источников энергии [Электронный ресурс] - http://energy. econews. uz/index. php/2009-02-15-14-14-09/957-state-and-world-practice-of-using-alternative-power-resourses 14. Панич А. Альтернативные источники энергии [Электронный ресурс] - http://www.nestor. minsk. by/sn/2003/21/sn32118.html 15. Струкова Е. Энергия будущего: что делать, когда закончатся нефть, газ и уголь? [Электронный ресурс] - http://www.topaz-s. kz/news/index. php? ELEMENT_ID=334 16. Биотопливо и геотермальная энергия [Электронный ресурс] - http://www.technopark. by/iccee/resources/283.html |