Источники энергии. Альтернативные источники энергии
 Скачать 31.28 Kb.
|
|
КОСТАНАЙСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.ДУЛАТОВА Инженерно технологический факультет РЕФЕРАТ По дисциплине: Экология На тему: Альтернативные источники энергии Выполнил: Степанов В.И. Проверил: Жамалова Д.Б. Костанай-2019г. СОДЕРЖАНИЕ Введение 1.Альтернативные источники энергии 2.Солнечная энергия Заключение ВВЕДЕНИЕ Ученые предупреждают о возможном исчерпании известных и доступных для использования запасов нефти и газа, об истощении других важнейших ресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д. За 40 лет после второй мировой войны было использовано столько минерального сырья, сколько за всю предыдущую историю человечества. Конечно, о полном (или абсолютном) исчерпании ресурсов говорить еще рано (по мере расширения поисковых работ достоверные запасы отдельных ресурсов даже возросли), но это слабое утешение. Сегодня энергетика мира базируется на невозобновляемых источниках энергии. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей и, прежде всего с тем, чтобы попытаться уменьшить долю жидкого топлива. Но можно сказать, что человечество уже сегодня вступило в переходный период - от энергетики, базирующейся на органических природных ресурсах, которые ограничены к энергетике на практически неисчерпаемой основе. Большие надежды в мире возлагаются на так называемые альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии. Истощение ресурсов заставляет вырабатывать ресурсосберегающую политику, широко использовать вторичное сырье. Во многих странах прилагаются огромные усилия для экономии энергии и сырья. Сегодня уже около 1/3 всей массы используемых в мире металлов - алюминия, меди, цинка, свинца и олова - добывается из отходов и вторичного сырья. В ряде стран приняты государственные программы экономии энергии. 1.Альтернативные источники энергии Экономическая мощь любого государства в первую очередь предопределяется наличием энергетического потенциала. Ежегодно повышающиеся цены на углеводородное сырье, запасы которых в значительной степени исчерпаны, к тому же возрастающая экологическая нагрузка на окружающую среду при использовании угля, нефти и газа заставили многие страны ускоренно заняться поиском нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Ученые всего мира активно работают над разными проектами, изучая возможные энергетические источники в сравнении с истощаемыми ресурсами. Если в настоящее время за счет альтернативных источников покрывается около 2% мировых потребностей в первичных энергоресурсах, то к 2020 г. нетрадиционная энергетика может обеспечить до 20% спроса. Использование энергии возобновляемых источников в качестве альтернативы традиционным энергоносителям становится жизненно необходимым. В этой связи Казахстан не может оставаться в стороне от быстрейшего освоения возобновляемых источников, обеспечивающих переход на качественно другой социально-эколого-экономический жизненный уровень. Президент страны Н.А. Назарбаев отметил, что всемерное использование возобновляемых источников энергии – одно из приоритетных направлений устойчивой энергетики в XXI в. В этой связи следует подчеркнуть, что государство будет развиваться в экономическом отношении быстрее, если оно опережающими темпами осуществит развитие энергетического комплекса на основе инновационной технологии. Однако темпы развития энергетического сектора в РК значительно отстают от роста потребления, за последние годы составили не более 5%, в то время как темпы роста экономики оказались значительно выше, в пределах 7-8%. В связи с принятием Правительством решения о ежегодном обеспечении роста ВВП до 2016 г. на уровне не менее 7%, были пересмотрены прогнозные объемы потребления электроэнергии. В 2015 г. выработка электроэнергии должна составить около 103 млрд кВт/ч, а потребление – 100,5 млрд кВт/ч. Поскольку за этот период основная доля электроэнергии будет производиться на угольных электростанциях, добыча угля составит 131 млн т. Для сравнения следует отметить что в нашей республике еще в 1990 г. было потреблено более 107 млрд кВт/ч энергии. Известно, что имеющаяся на сегодняшний день энергоемкость продукции в РК выше, чем в странах Европейского союза в 3 раза, а удельное теплопотребление выше мирового в 2 раза. Потери электроэнергии в сетях НЭС выше в 2 раза по сравнению с мировыми, а в тепловых сетях потери составляют 30% при мировых показателях всего лишь 3%. В связи с наличием дешевых экибастузских энергетических углей к 2030 г. в республике ведущая роль тепловых станций на угле составит более 70%, а доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) по установленной мощности достигнет 20%. Казахстан обладает значительными ресурсами возобновляемой энергии в виде гидроэнергии, энергии ветра, солнца, биомассы. Однако, до настоящего времени, кроме частичного использования гидроресурсов (12%) не получили должного развития остальные альтернативные источники. Основными причинами такого положения является наличие богатых запасов топливно-энергетических ресурсов и отсутствие должной государственной поддержки энергосбережения. В настоящее время более 70 стран мира используют ветровую энергию. При этом число часов пользования силы ветра на ВЭС составило в среднем в мире 2166 часов, в то время как этот показатель в Джунгарских воротах – 4400 часов в год, в Шелекском коридоре порядка 3300 часов, т.е. в 1,5-2,0 раза выше. Очень активно развивают ветроэнергетику США, Дания, Германия, Франция, Нидерланды и др. Ветроэнергетика в Европейских странах развивалась путем строительства небольших, но многочисленных групп ВЭУ, особенно на побережье северных морей. В США ВЭС построены на пустынных и холмистых местностях с малой плотностью населения и эти ВЭС выдают энергию в энергосистемы штатов на льготных условиях. В Институте «Казсельэнергопроект» выполнен ряд научно-исследовательских работ по технико-экономическому обоснованию строительства малой ГЭС и ветроэнергетических станций (ВЭС) [1]. Эти предложения учитывались при подготовке ряда постановлений, законов и программ по использованию гидроресурсов рек и ветроэнергопотенциала. Им выполнен ряд ТЭО строительства ВЭС мощностью 40 МВт в Джунгарских воротах, в районе г. Аркалык ВЭС в 10 МВт. На первом этапе институт предложил рассмотреть вопросы строительства ВЭС в 45 регионах Казахстана. В проектном институте считают, что использование ветрового потенциала следует осуществлять на базе мелких ВЭС с ветроагрегатами единичной мощностью до 2 МВт и более. В настоящее время разрабатывается проектно-сметная документация по Кордайской ВЭС мощностью 21 МВт и Каратауской ВЭС мощностью 20 МВт в Жамбылской области. Что же касается проекта строительства ВЭС Ерейментау в Акмолинской области 51/300 МВт предварительной стоимостью 135 млн долл., ТЭО которого выполняет Даг Muhandislik Musaveric A.S., его первый этап мощностью 51 МВт будет реализован в 2013 г., с последующим увеличением мощности до 300 МВт. По данному проекту заключен договор на поставку необходимого оборудования для работы ВЭС. В первом квартале 2012 г. Институтом «Казсельпроект» и испанской фирмой ДОМ планируется завершить ТЭО проекта строительства ВЭС «Шелек» мощностью 60 МВт с перспективой расширения до 300 МВт. Данный обьект оценивается в 162 млн долл., строительство которого будет завершено в 2014 г.Алматинская область, включая Алматы, в настоящее время испытывает дефицит электроэнергии в объеме 1 млрд КВт/часов. Для покрытия недостающей энергии и осуществления экспорта энергии в Китай необходимо выполнить следующее:строительство каскада из 9 малых ГЭС на реке Тентек, мощностью 300 МВт и ветростанции (ВЭС) мощностью до 250 МВт в Джунгарских воротах; строительство каскада из 7 ГЭС на реке Коксу мощностью 300 МВт в районе г. Талдыкорган и ВЭС 150 МВт в районе железнодорожной станции Айнабулак;строительство ГЭС Мойнак на реке Шарын мощностью 300 МВт и ВЭС 200 МВт в Шелекском ветровом коридоре.В настоящее время с Китаем ведутся переговоры по поставке энергии по маршрутам – через Джунгарские ворота в районе железнодорожной станции и таможни Достык, а также по Илийской долине (в районе г. Жаркент, таможня Каргос).В юго-восточном регионе удачно сочетаются одновременное получение энергии от ГЭС и ВЭС. Эти электростанции дополняют друг друга по сезонной выработке электроэнергии, а именно в холодные периоды года превалирует энергия от ВЭС, а в теплое – от ГЭС. Они экологически безвредные и потери при экспорте энергии из нашей приграничной области минимальные. Кроме того, имеется возможность регулировать графики поставок электроэнергии путем регулирования мощности ГЭС на основе использования воды из водохранилища. Таким образом, совместное использование электроэнергии ветра и воды повышает надежность подачи электроэнергии потребителям. Для развертывания строительства ВЭС, с одной стороны, необходимо наладить сотрудничество с западными фирмами для поставки оборудования, во-вторых, нужно на современной технологической основе производить собственные высокоэффективные ветроэнергетические установки. Зарубежные ветроэлектростанции дороже, потому что время их работы ограничено самой природой, так как несмотря на то,что в году 8760 часов, ветроустановки могут работать только 2500-3500 часов, в то время как наши ВЭС работают в 2 раза больше, а изготовление конструкции обходится в 2-3 раза дешевле. 2.СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ Альтернативным источником электроэнергии является также использование солнечной энергии, в условиях Казахстана количество солнечных часов составляет 2200-3000, а средняя за год пиковая мощность доходит до 1200 Вт/м2. По этим показателям республика относится к благоприятным по развитию солнечной энергетики. Но выступая на форуме энергетиков, директор Центра по инновационным и нанотехнологиям АО «КазНИИ энергетики имени академика Ш.Ч. Чокина» А. Нестеренков отметил, что развитие альтернативных источников энергии сдерживает, как ни парадоксально, низкая стоимость традиционных энергоносителей, особенно экибастузских углей. Но эта дешевизна обманчива. Сравним затраты по стоимости и эксплуатационным издержкам дизельную и солнечную электростанции. В первые три года будет более дешевой энергия, полученная на дизельной станции, а в последующие годы выгодным становится использование солнечной энергии. Например, за 20 лет работы на дизельной электростанции будет израсходовано порядка 300000 литров дизтоплива, 1000 литров масла и фильтров, причем в значительной мере они загрязняют окружающую среду. Солнечная электростанция не загрязняет окружающую среду, а эксплуатационные затраты сводятся лишь к периодической очистке зеркал. В сравнении с высокой стоимостью строительства линии электропередач и подстанций, сооружение солнечных установок не потребует значительных капиталовложений и сроков строительства. В отличие от европейских государств у нас отсутствует производство солнечных элементов и батарей. Это является также одной из причин нашего отставания в призводстве альтернативных источников энергии [1]. Кроме того, простые в изготовлении и эксплуатации солнечные нагреватели могут широко использоваться в сельском хозяйстве для сушки сельскохозяйственных продуктов, на птицефабриках, животноводческих фермах, в теплицах, дачных поселках и т.д. В южных районах при эффективном использовании солнечной энергии можно обеспечить около 25% общего теплопотребления в системах отопления, до 50% в системах горячего водоснабжения. В настоящее время разработаны высокоэффективные тонкопленочные поликристаллические фотопреобразователи солнечного излучения, которые позволяют широко применять их наряду с традиционными фотоэлементами на основе использования кремния. По информации ученых Института органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского в самое ближайшее время главнейшим источником мировой энергии станет фотопреобразование солнечной энергии, несмотря на то, что пока она уступает по затратам традиционной энергетике. Однако, по мере эксплуатации фотоэлектрических преобразователей стоимость электроэнергии будет неуклонно снижаться. Ведь срок службы современных кремниевых фотопреобразователей оценивается примерно в 30 лет, а за этот период себестоимость производимой энергии снизится в 8-10 раз. У нас имеются разработки, которых нет в мире, а именно, разработка на основе голографии, использование которой поднимет КПД солнечной установки на 40-60%. В результате этого, количество дорогих фотоэлементов сокращается в несколько раз, и установка становится дешевле, говорит директор Института горного дела доктор технических наук, академик Н.С. Буктуков [2]. В период неуклонного роста спроса на электроэнергию, а также повсеместного ее дефицита, широкое применение энергосберегающих технологий может дать новый импульс в подъеме экономики страны. Мировой опыт внедрения энергосберегающих технологий показывает, что один доллар, вложенный в энергосбережение, в среднем дает 4 доллара экономического эффекта. Ведь с каждым годом доля электроэнергии в себестоимости выпускаемой продукции возрастает. Если учесть, что в Казахстане в основном получило развитие энергоемкое производство, то доля электрической энергии возрастает до 60 и более процентов. На сегодняшний день проблемами энергосбережения занимается государственное коммунальное предприятие «Энергосбережение». При поддержке ООН этот коллектив осуществил уникальный проект по внедрению энергосберегающих технологий в ряде городских школ, где были установлены системы автоматического регулирования подачи тепла. Чтобы не отопливать пустые классы в период каникул и в выходные дни, автоматически подавалось тепло в заданном режиме. В результате затраченные средства окупались всего за один год. Экономический эффект получен за счет внедрения специального оборудования, регулирующего температурный режим, обеспечивая при этом необходимую норму потребления тепла. В развитие инноваций, диверсификации экономики и повышение конкурентоспособности страны большое значение имеют научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР), создание отраслевых научно-исследовательских институтов по внедрению в производство результатов исследовании. В развитых государствах затраты на НИОКР составляют до 3% и выше, а в Казахстане этот показатель не превышает 0,26% от ВВП. На сегодняшний день нашим слабым местом является процесс внедрения разработок в различных сферах деятельности человека. В Казахстане, в принципе, никто этим не занимался, пока не появилась государственная стратегия, направленная на индустриально-инновационное развитие. Хотя созданный Национальный инновационный фонд, призванный заниматься инновациями, пока работает не эффективно, так как после проведения лабораторных испытаний государство прекращало финансирование внедрения разработок в производственный процесс. Инновационные технологии на основе использования альтернативных источников проникают во все отрасли народного хозяйства, благодаря чему компании зарабатывают миллиарды долларов, создавая большую добавленную стоимость. Так, например, Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ) активно вкладывают деньги в возобновляемые источники энергии, а точнее занимаются преобразованием солнечной энергии в электрическую. На крышах нескольких учреждений разместили солнечные панели мощностью 2,3 мегаватт. Панели будут генерировать порядка 4 гиговатт-часов электроэнергии ежегодно и тем самым предотвратят выбросы более 3000 т углекислого газа [3]. Известно, что во всех крупных городах и населенных пунктах образуется огромное количество сточных вод, которые часто сливаются в отрицательные формы рельефа или накапливаются в отстойниках типа нашего «Сорбулака», занимая огромные площади сельскохозяйственных земель. Японцы решают проблему утилизации сточных вод с большой выгодой. Они получают доход на этих сточных водах путем строительства электростанций, которые работают круглосуточно. Ставятся солнечные батареи в виде лотоса – энергия солнца используется для расщепления воды на водород и кислород. Получается готовая энергия. Вода очищается, а сухой остаток грязи используется для производства высококачественного цемента. Таким образом, одновременно высвобождаются территории, которые ранее были заняты отстойниками, а эти земли можно использовать для других нужд, кроме того получают ценный продукт и, самое главное, не нарушается экологическая обстановка на данной территории. Все это достигается на основе внедрения безотходного производства. Принятый в 2009 г. Закон РК «О государственной поддержке использования возобновляемых источников энергии» позволит значительно увеличить генерирующие мощности на ВИЭ, и к 2024 г. будет произведено 10 млрд КВт/час электроэнергии, что обеспечит годовую экономию топлива в объеме 3-3,5 млн т и значительно улучшит экологическую обстановку в стране [4]. В связи с ростом экономики, и соответственно, потребления электроэнергии (Э/Э), наблюдается дефицит Э/Э, особенно в южных регионах республики, это не оставляет никакой альтернативы использованию ветряной энергии и малых ГЭС. В настоящее время платежеспособность потребителей все еще остается низкой, особенно в сельской местности, население которой будет основными потребителями возобновляемой энергии. За последние годы идет постепенный рост тарифов на электропотребление, и этот болезненный, но объективный процесс одинаково обременителен и для потребилей и для бюджета страны. В настоящее время в Казахстане осталось не много действующих малых гидроэлектростанций (МГЭС). На территории Алматинской области работают 8 ГЭС (в том числе в каскаде) общей мощностью свыше 70 МВт. По перспективным наметкам в области предполагается строительство порядка 50 МГЭС общей мощностью 1500 МВт. В южных и восточных регионах в течение 15-20 лет можно построить около 374 МГЭС от двух до 30 МВт с суммарной мощностью 2711 МВт и выработкой 13 млрд кВт/час. Строительство этих объектов доступно малому и среднему бизнесу. В южных и восточных регионах в течение 15-20 лет можно построить около 374 МГЭС от двух до 30 МВт с суммарной мощностью 2711 МВт и выработкой 13 млрд кВт/час. Однако горные реки имеют существенные недостатки, расход воды в течение года крайне не равномерен. Ведь максимум потребления энергии приходится на осеннне-зимний период, в этот же период времени МГЭС в связи с изменением стока рек вырабатывают меньше электрической энергии. Кардинальной задачей при проектировании МГЭС является вопрос равномерной водообеспеченности в течение года. Она определяет выбор схем использования горных рек, технические решения компоновок МГЭС на каскадах и как следствие требует капиталовложений. Рациональным путем увеличения водотока в зимний период времени является применение гелиостатов, плоских рефлекторов, которые вызывают дополнительное таяние снега, снижая объемы на испарение. Главное преимущество гелиостатов заключается в том, что представляется возможным регулирование интенсивности таяния снега без ущерба окружающей среде. Кроме того, многие водохранилища на малых ГЭС стали объектами рекреационного, рыбохозяйственного использования, местами обитания водоплавающих птиц. На них построены зоны отдыха, вблизи них прокладываются туристические маршруты. Очень выгодным является использование ГЭС и ВЭС, работающих на единую электросеть, что позволяет выравнивать их суммарную выработку электроэнергии в разрезе года. В теплые сезоны года сильно возрастает водность горных рек и, соответственно, выработка на ГЭС, а в холодный период года увеличивается ветровая активность и выработка на ВЭС. Однако, ГЭС и ВЭС географически могут быть удалены друг от друга, и оператором рынка Э/Э достаточно тяжело согласовывать их совместную работу. Сочетание ГЭС и ВЭС не везде могут быть применимы в республике, так как в Центральном, Западном и Северном Казахстане строительство ГЭС не целесообразно из-за отсутствия экономически доступных гидроэнергоресурсов. Казахстан обладает значительными ресурсами возобновляемой энергии в виде энергии ветра, солнца, биомассы, но кроме частичного использования гидроэнергии, эти ресурсы не нашли должного применения в народном хозяйстве. Основными причинами неразвитости ВИЭ является наличие огромных запасов топливно-энергетических ресурсов, а также отсутствие должной государственной поддержки. Благодаря синхронному использованию солнечной, ветровой и водной энергии с подключением к традиционной сети электрической энергии, можно значительно повысить социально-экономическую эффективность энергообеспечения улучшить экологическую обстановку в регионе. Поскольку идет объективный рост цен на электроэнергию, требуется государственная поддержка для низкооплачиваемых слоев населения путем формирования льготных тарифов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Запасы традиционных энергоносителей не бесконечны. По некоторым прогнозам их запасы могут критически уменьшится еще при моей жизни. Поэтому переход к возобновляемым источникам энергии неизбежен. У всех электоростанций, использующих альтернативные источники энергии имеют свои плюсы и минусы. Солнечную энергию можно эффектикно использовать почти везде, но это дорого, требует больших площадей и огромных затрат кремния, производство которого наносит сильный вред окружающей среде. Другие виды альтернативных источников энергии тожже имеют хорошие перспективы массового применения. Общими плюсами для всех является возобновляемость и меньший урон экологии от большинства. Минусами являются дороговизна, привязаность к определенным типам местности и относительно малая мощность. Поскольку установки, использующие возобновляемые источники энергии относительно маломощны, привязаны к определенным типам местности и давольно дороги, то пока реально возмоно только комбинированое использование альтернативных и традиционных. Это позволит снизить потребности в нефти, угле и газе, уменишить или просто остановить рост темпов их добычи, что отсрочит энергетический кризис. |