проект по физике (2). Альтернативные
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
Глава 2 В данной главе предлагаются необычные,еще неприменимые альтернативные источники энергии, но они в теории могут стать хорошими заменителями традиционных в будущем. 2.1. Грозовая энергетика Одним из интересных потенциальных направлений альтернативной энергетики можно считать грозовую энергетику. Грозовая энергетика – способ получения энергии путем поимки и перенаправления энергии молнии в электросеть. Процесс образования молнии. Молния -— гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Процесс образования молний весьма сложен. Изначально из наэлектризованного облака к земле устремляется разряд-лидер, который был сформирован электронными лавинами, слившимися в разряды (стримеры). Этот разряд оставляет за собой горячий ионизированный канал, по которому в обратном направлении движется главный разряд молнии, вырванный с Земли мощным электрическим полем. За доли секунды процесс повторяется несколько раз. Основная проблема – это поймать разряд и перенаправить его в сеть. Как известно, молнии делятся на два «зеркальных» типа: одни вызываются отрицательными разрядами, которые накапливаются в нижней части грозового облака, а другие – положительные, собирающиеся в его верхней части. Второй тип встречается от 4 (в умеренных широтах) до 17 (в тропических широтах) раз реже, чем разряды первого типа. Данный фактор очень важен при проектировании и построении сборщиков небесного электричества. Возможные перспективы Молния имеет крайнеогромный энергетический потенциал.Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 10-500 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда — от 1 до 1000 ГВт. Количество электричества, расходуемого молнией при разряде — от 10 до 50 кулон. Предположительно, одного заряда молнии хватит, чтобы зарядить большую страну (например, США) на 20-30 минут времени. Как известно, на планете в любой момент времени происходит около 1500-3000 гроз, что подталкивает к освоению молнии как источника энергии. Если посмотреть на мировую карту частоты молний (см. рис. 5в приложении), то можно обнаружить, что только в Центральной Африке приходится на квадратный километр около 70 молний в год. Но нужно учитывать, что в тропиках и ближе экватору большая часть молний возникает между облаками или разными частями одного облака, а в умеренных широтах значительную долю общего числа зарядов молний составляют разряды, приближенные к земле. Следовательно, и в России есть возможность собирать данный вид энергии, да и в Центральной Африке, несмотря на сложности, за счет большого кол-ва молний в год. Устройства, которые смогут вырабатывать электричество таким способом, могут быть молниеотводы, снабженные гигантскими наборами суперконденсаторов и преобразователей напряжения. По некоторым данным, если построить около 100 таких сборщиков молнии по всей земле, то можно было бы снабжать электричеством всю планету. Предполагаются также и другие накопители - от подземных резервуаров с металлом, который плавился бы от молний, попадающих в молниеотвод, и нагревал бы воду, чей пар вращал бы турбину, до электролизеров, разлагающих разрядами молний воду на кислород и водород. Но данные варианты кажутся слишком сложными для осуществления. Успех возможен с более простыми системами. Следовательно, теоретически, грозовая энергетика может стать еще одним эффективным источником энергии. Исследования в данной области энергетики должны еще проводиться, а технологии совершенствоваться. В будущем будет понятно, следует ли использовать молнии в качестве электричества или нет. 2.2. Инфракрасное излучение как источник энергии Особенной возобновляемой энергией может оказаться инфракрасное излучение.Инфракрасное излучение – электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым излучением. Теоретическое использование и перспектива Излучение от Солнца поглощается поверхностью Земли и облаками, а затем большая часть энергии возвращается обратно в атмосферу в виде инфракрасного излучения благодаря переизлучению. В то же время ряд содержащихся в атмосфере веществ вновь поглощает это излучение и возвращает определенную его часть обратно на планету. Именно из-за этого поверхность и атмосфера находится в более нагретом состоянии, чем если бы они были при отсутствии подобного эффекта. Более того, из-за этого неиспользованными остаются 1017ватт энергии, что является колоссальным объемом энергии. Возобновляемую энергию можно генерировать при условии, что тепло передается от нагретого тела к более холодному. В то же время из солнечной энергии,прибывающей на Землю, большая часть уходит обратно в космос. Основываясьна данных фактах, предлагается использовать излучательный источник электроэнергии (см. рис. 5 в приложении), который может генерировать энергию, отражая в небо ИК-излучение и получая энергию за счет разницы температур. Возможна реализация этого с помощью двух устройств. 1.Принцип работы первого заключается в создании ИИЭ, который генерировал бы энергию, пропуская получаемое от Солнца тепло через термоплату и выпуская его обратно в атмосферу. Данное устройство имеет проблему в охлаждении и вырабатывает не так много энергии: на квадратный метр ИИЭ способен максимум вырабатывать 20 Вт. Существеннымпреимуществом может послужить, что тепловое излучение Земли можно использовать даже ночью, поскольку земная поверхность продолжает отдавать тепло круглые сутки. Интенсивность инфракрасного излучения снижается не более чем на 20-30% от показателей, которые достигаются во второй половине дня. Поэтому, в теории, ИИЭ можно соединить, например, с ячейками солнечных фотоэлектрических панелей (батарей), чтобы получить возможность выработки электричества даже в ночное время, без необходимости в затратах на установку дополнительного оборудования. 2. Второе устройство представляет собой выпрямляющую антенну, или ректенну, предназначенную для преобразования энергии поля падающей на нее волны в энергию постоянного тока. Получение энергии в этом случае происходит за счет разницы в температурах между компонентами устройства. Преимуществом антенны-уловителя служит относительная небольшая сложность в технологическом плане.Главной проблемой, как и в первом устройстве, является малое кол-во получаемой энергии. Таким образом,из-за огромного объема энергии тепловое излучение кажется перспективной в выработке тепло- и электроэнергии.Однако пока еще нет возможностииспользовать вырабатывающие из него энергиюустройства,так как онине выгодны в энергетическом и экономическом плане на данный момент. С техническим прогрессом это, вероятно, изменится. Общее заключение. Человечество на данном этапе развития не может существовать без энергетики. Все процессы так или иначе связаны с ней. И неизменно то, что доля потребления энергии всегда возрастает. Традиционные источники энергии уже не способны удовлетворить бесконечные энергетические потребности без помощи нетрадиционных. За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергиина новые, более совершенные. И не только потому, что старый источник был исчерпан, а еще по причине он переставал быть выгодным для человека.Так, запасы древесины казались безграничными, но для более развитых машин потребовались более производительные «корма», что и привело к использованию каменного угля. Но потом ужепришли на смену нефть и газ. Вот нефть и газ движутся к тому, чтобы быть заменёнными.Эти традиционные энергоносители довольно близки к исчерпанию: запасов нефти и природного газа предполагается всего на 50-60 лет.Выбросы газов и сброс отходов колоссальны и могут привести к необратимым последствиям. Также неуклонно растут и цены на эти энергоносители, из-за чего, соответственно, тарифы на электричество и тепло. Эти проблемы мешают и приостанавливают развитие новых технологий в промышленности, в сельском хозяйстве и других отраслях. Несомненно, среди традиционной энергетики есть ядерная энергетика, которая как раз лишена большинства таких недостатков. Использование ядерной энергии в производстве электроэнергии вполне экологически безопасно иэкономически оправдано. Тем не менее, исходя из истории, риски использования такой энергии довольно велики. Поэтому стремительно наступает эра экологически чистых, бесконечных по запасами недорогих источников энергии. Ветер, Солнце, геотермальные ресурсы, биомасса – все это уже сейчас используется эффективно и действенно в энергетике.И необходимо понимать, что нельзя останавливаться в освоении и нахождении возобновляемых способов энергии, иначе, во-первых, их потенциал не раскроется, и, во-вторых, рано или поздно произойдет энергетический кризис. Итак, можно однозначно утверждать, что альтернативные источники энергии заменят традиционные. Некоторые развитые страны, не располагая изначально природными ископаемыми, уже получают более 50% энергии из альтернативной энергетики. Совсем скоро они перестанут вообще зависеть от нефти, природного газаи др. Именно такого курса необходимо двигаться и остальным странам, в том числе и России. Список литературы. Использованная литература. Ю. Сибикин. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие/ Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. –М.: КНОРУС, 2010. – 232 с. Свен Уделл. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии. –М.: Знание, 1980. Р.В. Городов.Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев. – 1-е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 294 с.Плачкова С.Г, Плачков И.В. С. Гибилиско. Альтернативная энергетика без тайн. /Стэн Гибилиско; [пер.с англ. А.В.Соловьева]. – М.: Эксмо. 2010. – 368 с. – (без тайн) А. HYPERLINK "https://www.ozon.ru/person/6298134/"Турилин, В. HYPERLINK "https://www.ozon.ru/person/6298133/"Германович. Альтернативные источники энергии и энергосбережение. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы.– СПБ.: Наука и Техника, 2011. – 320 с. Интернет-ресурсы https://solarelectro.ru https://tcip.ru/blog/wind/printsip-dejstviya-i-raboty-vetrogeneratora.html https://salteco.in.ua/technology/vetroenergetika#istoriya https://alternativenergy.ru/energiya/320-geotermalnaya-energiya.html https://realproducts.ru/kak-ispolzuyut-solnechnuyu-energiyu/ https://zeleneet.com/malye-vetryanye-ustanovki-ispolzovanie-energii-vetra-chast-2/1037/ www.rea.org.ua/dieret/Biomass/biomass.html www.techno-guide.ru/energetika/solnechnye-batarei https://solarb.ru/node/896 https://sdelanounas.ru/blogs/14467/ www.membrana.ru/ Приложение  Рис. 1. Структура солнечной батареи.  Рис. 2. Схема ветрогенератора с горизонтальной осью вращения.  Рис.3. Схема работы теплового насоса  Рис.4. Упрощенная функциональная схема геотермальной электростанции.  |