Реферат Традиционные и нетрадиционные источники энергии в Казахс. Реферат Традиционные и нетрадиционные источники энергии в Казахстане
 Скачать 51.99 Kb.
|
|
Реферат Традиционные и нетрадиционные источники энергии в Казахстане Выполнил: Ибрагимов С.Г. Караганда 2016 Содержание 1. Введение 3 2. Традиционные источники энергии 4 1) Тепловые электростанции (ТЭС) 6 2) Гидроэлектростанции (ГЭС) 9 3) Атомные электростанции (АЭС) 11 3. Нетрадиционные источники энергии 13 1) Солнечная энергия 14 2) Ветровая энергия 16 3) Геотермальная энергия 18 Введение С каждым днем все острее встает вопрос об использовании возобновляемых источников энергии. Демографическая емкость планеты в 1-1,5 млрд человек превышена в 4-5 раз, а потребление энергоресурсов – важный критерий уровня жизни и развития. Широкое практическое использование электроэнергии в сравнении с другими видами энергии объясняется относительной легкостью ее получения и возможностью передачи на большие расстояния. Все существующие направления энергетики можно условно разделить на зрелые, развивающиеся и находящиеся в стадии теоретической проработки. Одни технологии доступны для реализации даже в условиях частного хозяйства, а другие могут использоваться только в рамках промышленного обеспечения. Рассматривать и оценивать современные виды энергетики можно с разных позиций, однако принципиальное значение имеют универсальные критерии экономической целесообразности и производственной эффективности. Во многом по этим параметрам сегодня расходятся концепции применения традиционных и альтернативных технологий генерации энергии. Президент республики Н.А. Назарбаев отметил, что экономика страны не должна полностью зависеть от минерально-сырьевых ресурсов. Исходя из этого, для энергетической безопасности страны в будущем, необходим скорейший переход на альтернативные, возобновляемые источники энергии. Можно отметить, что доступность, экономичность и экологичность источников энергии будут главным показателем конкурентоспособности тех или иных стран, а также главным аспектом вхождения нашего государства в группу развитых стран мира. В этом реферате мы рассмотрим вопросы о традиционных и нетрадиционных источниках энергии, как она добывается, сколько всего запасов энергии. Традиционные источники энергии К ним можно отнести все то, что мы традиционно используем в быту сейчас. Это природный газ, уголь, нефть, энергия движения воды, биотопливо. Электричество как раз и получают, используя выше обозначенные источники энергии. Например, сжигая газ (или мазут или уголь), превращают воду в пар, пар вращает гигантские турбины, а генератор тока, который является частью этой турбины и вырабатывает электричество. Всем известно, что традиционные источники энергии – это все то, что образовано в результате воздействия солнечной энергии на поверхность Земли в течение продолжительного времени. Как известно, энергия не берется из не откуда и не девается в никуда. Так и энергия солнца, падавшая на Землю миллионы лет, способствовала росту на ней растений, животных, которые умирая, перегнивая и стали той самой нефтью и газом. Говорят, что современное человечество за один год своего существования сжигает традиционного топлива столько, сколько его было образовано в течение одного миллиона лет жизни Земли. Уголь является древнейшим источником энергии, с которым знакомо человечество. Он представляет собой минерал, который образовался из растительного вещества в процессе метаморфизма. Метаморфическими называются горные породы, состав которых подвергся изменениям в условиях высоких давлений, а также высоких температур. Продуктом первой стадии в процессе образования угля является торф, который представляет собой разложившееся органическое вещество. Уголь образуется из торфа после того, как он покрывается осадочными породами. Эти осадочные породы называются перегруженными. Перегруженные осадки уменьшают содержание влаги в торфе. Самыми низкосортными видами ископаемых углей являются бурый уголь и лигнит. Традиционные источники – это широкий пласт сформировавшихся отраслей тепло- и электроэнергетики, обеспечивающей порядка 95% мировых потребителей энергии. Генерация ресурса происходит на специальных станциях (ТЭС, ГЭС, АЭС и т. д.). Они работают с готовой сырьевой базой, в процессе переработки, которой происходит выработка целевой энергии. Выделяют следующие стадии производства энергии: Изготовление, подготовка и доставка исходного сырья на объект выработки того или иного вида энергии. Это могут быть процессы добычи и обогащения топлива, сжигание нефтепродуктов и т. д. Передача сырья к узлам и агрегатам, непосредственно преобразующим энергию. Процессы преобразования энергии из первичной во вторичную. Эти циклы присутствуют не на всех станциях, но, к примеру, для удобства доставки и последующего распределения энергии могут использоваться разные ее формы – в основном тепло и электричество. Обслуживание готовой преобразованной энергии, ее передача и распределение. На завершающем этапе ресурс отправляется конечным потребителям, в качестве которых могут выступать и отрасли народного хозяйства, и рядовые домовладельцы. Нефть образовалась в течении 50-350 млн. лети этот процесс проходил в несколько стадий. Теория органического происхождения нефти(биогенная) -является общепринятой. В этой теории говорится об образовании нефти из останков микроорганизмов. Человек знаком с нефтью еще с древнейших времен. В подтвержденных источниках говорится, что 6500 лет назад люди, которые жили на территории современного Ирака использовали нефть в строительстве, в качестве цементирующего вещества. Тем не менее считается что современная история нефти началась с 1853 года. А Казахстан в свою очередь, первую нефть добыл в ноябре 1899 года в местности Карашунгул и в наше время является одной из самых крупных производителей среди нефтедобывающих стран мира. Тепловые электростанции (ТЭС) Самая распространенная отрасль энергетики. Около 75% всей электроэнергии производится на тепловых электростанциях. Первые ТЭС появились в конце XIX века и получили преимущественное распространение. Тепловые электростанции в Казахстане производят более 1000 МВт, используя в качестве перерабатываемого сырья уголь, газ, нефтепродукты, сланцевые залежи и торф. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70 %. Вырабатываемая первичная энергия в дальнейшем преобразуется в электричество. Технологически у таких станций масса преимуществ, которые и обуславливают их популярность. К ним можно отнести нетребовательность к условиям эксплуатации и легкость технической организации рабочего процесса. Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Объекты тепловой энергетики в виде конденсационных сооружений и теплоэлектроцентралей могут возводиться прямо в районах добычи расходного ресурса или местах нахождения потребителя. Сезонные колебания никак не влияют на стабильность функционирования станций, что делает такие источники энергии надежными. Но есть и недостатки у ТЭС, к которым можно отнести применение исчерпаемых топливных ресурсов, загрязнение окружающей среды, необходимость подключения больших объемов трудовых ресурсов и др. Многие крупные тепловые станции вырабатывают лишь электричество, традиционно они называются ГРЭС – государственная районная электростанция. В настоящее время их именуют КЭС – конденсационная электростанция. Средние станции могут также использоваться для выработки тепла в централизованных схемах теплоснабжение называются такие электростанции ТЭЦ. По мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. Тепловая электростанция вырабатывают электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива. Основными видами топлива для тепловой электростанции являются природные ресурсы - газ, мазут, реже уголь и торф. Разновидностью тепловой электростанции (ТЭС) является теплоэнергоцентраль (ТЭЦ) - тепловая электростанция, вырабатывающая не только электроэнергию, но и тепло, которое в виде горячей воды по тепловым сетям приходит в наши батареи. На рис. путь энергии от электростанции до квартиры. В машинном зале тепловой электростанции установлен котел с водой. При сгорании топлива вода в котле нагревается до нескольких сот градусов и превращается в пар. Пар под давлением вращает лопасти турбины, турбина в свою очередь вращает генератор. Генератор вырабатывает электрический ток. Электрический ток поступает в электрические сети и по ним доходит до городов и сел, поступает на заводы, в школы, дома, больницы. Передача электроэнергии от электростанций по линиям электропередачи осуществляется при напряжениях 110-500 киловольт, то есть значительно превышающих напряжения генераторов. Повышение напряжения необходимо для передачи электроэнергии на большие расстояния. Затем необходимо обратное понижение напряжения до уровня, удобного потребителю. Преобразование напряжения происходит в электрических подстанциях с помощью трансформаторов. Гидроэлектростанции (ГЭС) Гидротехнические сооружения в виде энергетических подстанций предназначены для выработки электричества в результате преобразования энергии потока воды. То есть, технологический процесс генерации обеспечивается сочетанием искусственных и природных явлений. В ходе работы станция создает достаточный напор воды, которая в дальнейшем направляется к турбинным лопастям и активизирует электрогенераторы. Гидрологические виды энергетики различаются по типу используемых агрегатов, конфигурации взаимодействия оборудования с естественными потоками воды и т. д. В основном используется вода таких рек, как Иртыш, Или, Сырдарья. Крупные ГЭС Казахстана: Бухтарминская, Шульбинская, Усть-Каменогорская и Капчагайская-они обеспечивают 10% потребностей электроэнергии страны, а также 11 малых ГЭС. К достоинствам гидроэлектростанций относят экологическую чистоту, экономическую доступность (бесплатная энергия), неисчерпаемость рабочего ресурса. В то же время гидротехнические сооружения требуют больших начальных затрат на техническую организацию аккумулирующей инфраструктуры, а также имеют ограничения по географическому размещению станций – только там, где реки обеспечивают достаточный напор воды. Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию. В гидроэлектростанции кинетическая энергия падающей воды используется для производства электроэнергии. Турбина и генератор преобразовывают энергию воды в механическую энергию, а затем – в электроэнергию. Турбины и генераторы установлены либо в самой дамбе, либо рядом с ней. Иногда используется трубопровод, чтобы подвести воду, находящуюся под давлением, ниже уровня дамбы или к водозаборному гидроузлу гидроэлектростанции. Мощность гидроэлектростанции определяется, прежде всего, по функции двух переменных: расход воды, выраженный в кубических метрах в секунду, и гидростатический напор, который является разностью высот между начальной и конечной точкой падения воды. Проект станции может основываться на одной из этих переменных или на обеих. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств. Атомные электростанции (АЭС) В некотором смысле – это подвид тепловой энергетики, но практически производственные показатели работы ядерных станций на порядок выше ТЭС. Они используют полные циклы выработки атомной электроэнергии, что позволяет генерировать большие объемы энергетического ресурса, но имеют место и огромные риски использования технологий обработки урановой руды. Ключевую роль в исполнении процессов генерации ядерной энергии играет реактор. Это агрегат, предназначенный для поддержания реакций деления атомов, которые, в свою очередь, сопровождаются выделением тепловой энергии. Существуют разные типы реакторов, отличающиеся применяемым видом топлива и теплоносителем. Чаще используется конфигурация с легководным реактором, использующим в качестве теплоносителя обычную воду. Основным ресурсом переработки в ядерной атомной энергетике выступает урановая руда. По этой причине АЭС обычно проектируются с расчетом на размещение реакторов вблизи от месторождений урана. На сегодняшний день действует 37 реакторов, совокупная мощность выработки которых составляет около 190 млрд кВт*ч/год. Такие электростанции действуют по такому же принципу, что и ТЭЦ, но используют для парообразования энергию, получающуюся при радиоактивной распаде. В качестве топлива используется обогащенная руда урана. По сравнению с тепловыми и гидроэлектростанциями атомные электростанции имеют серьезные преимущества: они требуют малое количество топлива, не нарушают гидрологических режим рек, не выбрасывают в атмосферу загрязняющие ее газы. Основной процесс, идущий на атомной электростанции – управляемое расщепление урана-235, при котором выделяется большое количество тепла. Главная часть этомной электростанции – ядерный реактор, роль которого заключается в поддержании непрерывной реакции расщепления, которая не должна переходить в ядерный взрыв. АЭС являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Об экономичности и эффективности атомных электростанций может говорить тот факт, что из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 т каменного угля. Нетрадиционные источники энергии Практически все источники нетрадиционной энергии выгодно отличаются финансовой доступностью и экологической чистотой. По сути, в данном случае происходит замена перерабатываемого ресурса (нефти, газа, угля и т. д.) на природную энергию. Это может быть солнечный свет, потоки ветра, тепло земли и другие естественные источники энергии за исключением гидрологических ресурсов, которые сегодня рассматриваются как традиционные. Концепции альтернативной энергетики существуют давно, однако по сей день они занимают небольшую долю в общем мировом энергообеспечении. Задержки в развитии данных отраслей связаны с проблемами технологической организации процессов выработки электричества. Разведанных запасов органического топлива при нынешних темпах роста энергопотребления хватит всего на 70-130 лет. Конечно, можно перейти и на другие нетрадиционные источники энергии, например, термоядерный синтез. К возобновляемым энергоресурсам принадлежат результаты процессов, постоянно происходящих на планете. Такими источниками являются: солнечное излучение; поверхность земли; поверхность мирового океана; ветер; потоки воды; приливы и отливы; биомасса. В Казахстане до 2020 года должны появиться 34 станции общей мощностью 1362,34 мегаватта. Кроме того, запущена Мойнакская ГЭС мощностью 300 мВт – первая и пока единственная станция такого масштаба, построенная в стране. Солнечная энергия Наша страна имеет потенциал солнечной радиаций в 1300 – 1800 кВт ч/м2 в год. Количество солнечных часов – 2200-3000 ч в год. Климат Казахстана является благоприятным в перспективе использования энергии солнца и может вывести нашу страну на лидирующую позицию по использованию солнечной энергии. Одна из старейших концепций альтернативной энергетики, задействующая в качестве аккумулятивного оборудования фотоэлектрические и термодинамические системы. Для реализации фотоэлектрического метода генерации используют преобразователи энергии световых фотонов (квантов) в электричество. Термодинамические установки более функциональны и за счет солнечных потоков могут вырабатывать как тепло с электричеством, так и механическую энергию для создания приводного усилия. Схемы достаточно простые, но есть немало проблем при эксплуатации такого оборудования. Связано это с тем, что солнечная энергетика в принципе характеризуется целым рядом особенностей: нестабильностью из-за суточных и сезонных колебаний, зависимостью от погоды, низкой плотностью потоков света. Поэтому на этапе проектирования солнечных батарей и аккумуляторов много внимания уделяется исследованию метеорологических факторов. Солнечная энергия – это энергия, вырабатываемая солнцем в виде тепла и света. Это один из самых возобновляемых и доступных источников энергии на планете Земля. Этот тип энергии использует солнечные панели в качестве ее добычи. Сегодня для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию мы располагаем двумя возможностями: использовать солнечную энергию как источник тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов) или же непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрический ток в солнечных элементах. Реализация обеих возможностей пока находится в зачаточной стадии. В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал - для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т.д. Установки для преобразования солнечной энергии состоят из двух пластин. Одна из них покрыта бором, другая ─ фосфором. Под действием солнечного света вторая пластина становится источником электронов, тогда как в первой они отсутствуют. Как следствие, между ними возникает электрический ток, который аккумулируется в батареях. Недостаток технологии – высокая стоимость оборудования, низкий КПД, экономическая эффективность 30-40%. Ветровая энергия Еще один доступный для применения в частном хозяйстве способ получения электричества, отличающийся технологической простотой и экономической доступностью. В качестве обрабатываемого ресурса выступает кинетическая энергия воздушных масс, а роль аккумулятора выполняет двигатель с вращающимися лопастями. Обычно в ветровой энергетике применяют генераторы электрического тока, которые активизируются в результате вращения вертикальных или горизонтальных роторов с пропеллерами. Средняя бытовая станция такого типа способна генерировать 2-3 кВт. Она способна превращать энергию ветра в электроэнергию. Запасы ветровой энергии на территории нашей страны огромны, так как во многих районах среднегодовая скорость ветра составляет б м/с. Устройство ветроэнергетической установки достаточно простое: вал ветряного колеса, способного вращаться под действием ветра, передает вращение ротору генератора электрической энергии. Стоимость производства электроэнергии на ветровых электростанциях ниже, чем на любых других. Кроме того, ветроэнергетика экономит богатства недр. Недостатки ветроэнергетических установок — низкий коэффициент полезного действия, небольшая мощность. Они применяются там, где нет стабильного обеспечения электроэнергией — на нефтяных разработках, горных пастбищах, в пустынях и т.п. На сегодняшний день в Казахстане потенциал энергии ветра равен 1 трлн. кВт/ч в год, а это в 25 раз превышает объем всех топливно-энергетических ресурсов Казахстана вместе взятых. В Джамбульской области имеется Кордайская ветроэлектростанция с мощностью 1500 кВт, там же подходит к концу строительство второй ВЭС, мощность которой 45 МВт. В будущем, в связи с ростом цен на топливно-энергетические ресурсы, спрос на ветроэлектростанции будет только возрастать. Геотермальная энергия Один из самых распространенных способов получения энергии в бытовых условиях. Геотермальная энергия вырабатывается в процессе аккумуляции, передачи и преобразования внутреннего тепла Земли. В промышленных масштабах обслуживаются подземные породы на глубинах до 2-3 км, где температура может превышать 100°С. Что касается индивидуального применения геотермальных систем, то чаще задействуются поверхностные аккумуляторы, располагаемые не в скважинах на глубине, а горизонтально. В отличие от других подходов к выработке альтернативной энергии, практически все геотермальные виды энергетики в производственном цикле обходятся без этапа преобразования. То есть первичная тепловая энергия в этой же форме и поставляется конечному потребителю. В Казахстане потенциал запасов геотермальной воды низкой и средней температуры значителен. С помощью геотермальной воды (80оС), находящейся в источнике Капланбек (вблизи города Шымкента), отапливаются жилые дома. Недалеко от города Алматы расположен геотермальный источник с температурой воды 80-120 оС, его используют для отопления теплиц зимой и охлаждения летом. При проведенной оценке геотермальных ресурсов, были определены основные геотермальные районы: недалеко от города Шымкента, Тараза, Кызылорды, глубиной 1200-2100 м, с температурой 45-80о; в долине реки Чу и на севере пустыни Кызыл-Кум, (80-90о); в долине реки Или, глубина 2000-3500 м, температура 90-115 оС; в Алматы, глубина 2500-3000 м, температура 80-120оС, а также в Талдыкурганской области , температурой воды 90 оС. |