Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика. Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика

• Название: Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика
• Дата: 17.01.2022
• Размер: 50.61 Kb.
• Имя файла: Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика.docx
• Тип: Реферат; #333622

Министерство науки и высшего образования

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева»

Факультет радиоэлектроники и информатики

(Наименование факультета)

Кафедра электротехники и промышленной электроники

(Наименование кафедры)

РЕФЕРАТ

по дисциплине

Общая энергетика

(Наименование дисциплины)

на тему:

Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика

Студент группы ВЭБ-20 В.В. Смирнов

(Шифр группы) (Подпись, дата) (Фамилия И. О.)

Руководитель Доцент кафедры ЭПЭ О.В. Гусев

(Уч. степень, звание) (Подпись, дата) (Фамилия И. О.)

Рыбинск 2021 г

Оглавлени

(Наименование кафедры) 1

1 Введение 3

2 Традиционная электроэнергетика 5

2.1 Тепловая энергетика 6

2.2 Гидравлическая энергетика 7

2.3 Ядерная энергетика 9

3 Нетрадиционная электроэнергетика 13

3.1 Малые гидроэлектростанции 14

3.2 Ветровая энергетика 15

3.3 Геотермальная энергетика 18

3.4 Солнечная энергетика 19

3.5 Биоэнергетика 19

3.6 Водородная энергетика 20

3.7 Термоядерная энергетика 21

4 Заключение 24

5 Список использованной литературы 25

1 Введение

Энергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию.

При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

• 
  Получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
  
• 
  Передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
  
• 
  Преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
  
• 
  Передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.
  

Выделяют четыре направления энергетики:

• 
  Традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты);
  
• 
  Гидроэнергетика;
  
• 
  Атомная энергетика;
  
• 
  Возобновляемые источники энергии (ВИЭ).
  

Кроме того, в энергетике пользуются следующими понятиями: большая и малая энергетика, альтернативные источники энергии, централизованная энергетика и автономные источники энергии, нетрадиционная энергетика, нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ).

Электроэнергетика — это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи.

Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов. Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную.

2 Традиционная электроэнергетика

Традиционная энергетика — это совокупность технических устройств, использующих хорошо освоенные в технологическом отношении энергетические источники и способы преобразования получаемой от них энергии, в первую очередь электрическую.

Технические устройства, составляющие традиционную энергетику, — это, во-первых, тепловые электростанции (ТЭС), работающие на минеральных - твердых, жидких и газообразных органических топливах (уголь, нефть, газ и др.); атомные электростанции (АЭС), работающие на ядерных топливах (уран, плутоний), получаемых из сырьевых минералов; гидравлические электростанции (ГЭС), использующие возобновляемые гидравлические энергетические ресурсы.

Эти электростанции являются базовыми в современной энергетике, составляют так называемую большую энергетику.

Их отличительные особенности:

• 
  Значительная единичная мощность;
  
• 
  Работа в общей электросети (возможна работа и в тепловой сети);
  
• 
  Единый стандарт на качество вырабатываемой электроэнергии.
  

Во-вторых, в традиционную энергетику входят автономные газотурбинные, дизельные и другие установки, использующие ископаемые органические топлива, и автономные гидравлические установки. Эти установки составляют малую энергетику.

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько направлений.

2.1 Тепловая энергетика

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих для этого химическую энергию органического топлива. Они делятся на:

• 
  Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;
  
• 
  Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;
  
• 
  Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки.
  

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов. На базе нефти вырабатывается 39 % всей электроэнергии мира, на базе угля — 27 %, газа — 24 %, то есть всего 90 % от общей выработки всех электростанций мира.

Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов — газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

Традиционная электроэнергетика уже несколько сотен лет хорошо освоена и проверена в различных условиях эксплуатации. Львиную долю электроэнергии в мире производят на традиционных теплоэлектростанциях (ТЭС).

Основополагающим оборудованием ТЭС являются такие составляющие как котел, турбина и генератор. При сжигании топлива в котле выделяется теплоэнергия, которая преобразуется в водяной пар. Энергия водяного пара в свою очередь поступает в турбину, которая, вращаясь, превращается в механическую энергию. Генератор же эту энергию вращения преобразует в электрическую. Теплоэнергия при этом может также использоваться для нужд потребителя.

Теплоэлектростанции имеют как свои плюсы, так и минусы.

Положительные факторы:

• 
  Относительно свободное месторасположение, связанное с месторасположением ресурсов топлива;
  
• 
  Способность производить электроэнергию не зависимо от сезонных колебаний.
  

Отрицательные факторы:

• 
  ТЭС обладает низким КПД, если точнее, то всего около 32% энергии природных ресурсов преобразуется в электрическую;
  
• 
  Топливные ресурсы ограничены;
  
• 
  Негативное влияние на окружающую среду.
  

2.2 Гидравлическая энергетика

В гидравлической энергетике электроэнергия производится на гидроэлектростанциях (ГЭС), которые преобразуют энергию водного потока в электрическую.

ГЭС классифицируются: по установленной мощности (МВт) – крупные (свыше 250), средние (до 250) и малые (до 10); величине напора; схеме использования водных ресурсов; условиям работы. Мощность ГЭС (кВт) зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего бьефа, м), расхода воды (м3/с), проходящего через гидротурбины, кпд гидроагрегата и определяется выражением .

ГЭС производят одну из самых дешевых видов электроэнергии, но имеют довольно-таки большую себестоимость строительства. Именно ГЭС позволили СССР в первые 10-летия своего становления совершить огромный скачок в промышленности. Главный недостаток ГЭС — это сезонность их работы, которая очень неудобна для промышленности.

Существует три вида ГЭС:

Гидроэлектростанции

Строительство гидротехнических сооружений позволило преобразовать природные водные ресурсы реки в искусственные гидроэнергетические ресурсы, которые, преобразуясь в турбине, затем превращаются в механическую энергию, которая в свою очередь используется в генераторе, превращаясь в электроэнергию.

Приливные станции

Здесь используется вода морей. Благодаря приливам и отливам уровень морей меняется. При этом волна иногда достигает 13-ти метров. Между этими уровнями создается разница и так создается напор воды. Но приливная волна часто изменяется, в следствии этого меняется как напор, так и мощность станций. Основным недостатком их является вынужденный режим: такие станции дают мощность не тогда, когда это необходимо потребителю, а в зависимости от природных условий, а именно: от приливов и отливов уровня воды. Стоит отметить также большую стоимость сооружения таких станций.

Гидроаккумулирующие электростанции

Построены, используя цикличность перемещения одного и того же количества воды между различными уровнями бассейнов. Когда ночью потребность в электроэнергии незначительна, вода циркулируется из нижнего бассейна в верхний, при этом используя излишки энергии, производимой ночью. В дневное время, когда резко увеличивается потребление электроэнергии, вода сбрасывается из верхнего водохранилища вниз через турбины, при этом преобразуясь в электроэнергию. На основании такого подхода ГАЭС позволяют снижать пиковые нагрузки.

Следует отметить, что ГЭС очень эффективны, так как используют возобновляемые ресурсы и относительно просты в управлении, а их КПД достигает более 80%. Поэтому их электроэнергия самая дешевая. Однако строительство ГЭС долгосрочное и требует вливания больших капиталовложений и, что немаловажно, наносит ущерб фауне водоемов.

2.3 Ядерная энергетика

В ядерной энергетике электроэнергия производится на атомных станциях (АЭС). Такого вида станции используют для выработки энергии цепную ядерную реакцию урана.

Отличительным свойством урана, которое необходимо для производства ядерного оружия и атомной энергии, является его способность к расщеплению или делению на две более легкие фракции с помощью облучения нейтронами и к высвобождению энергии в этом процессе.

Природный уран (то есть тот, который добывается из недр земли) встречается в виде сочетания трех различных изотопов, то есть атомов с тремя различными атомными массами, обладающими фактически одинаковыми химическими, однако различными ядерными свойствами. Этими изотопами являются уран-234, уран-235 и уран-238. Уран-234 — это высокорадиоактивный микроэлемент, обнаруженный в природном уране. Уран-235 — это единственное расщепляющееся вещество, встречающееся в природе в значительном количестве. Уран-238 — этот изотоп превалирует в природном уране (99,284 % массы выборки природного урана составляет уран-238), но он не поддается расщеплению. Однако уран-238 можно разделить с помощью нейтронов с высокой энергией, высвобождая большие объемы энергии, и поэтому его нередко используют для увеличения взрывной силы термоядерных или водородных бомб.

Благодаря небольшому количеству U-235, природный уран в определенных условиях может поддерживать цепную реакцию, и таким образом является топливом для определенных типов реакторов (графитовые ядерные и тяжеловодные ядерные реакторы). В самом распространенном на сегодняшний день типе реактора (легководный ядерный), в котором обыкновенная вода служит охлаждающим и замедляющим средством, для поддержания реакции доля U-235 в топливе должна превышать 0,7% — уровень его содержания в природном уране.

Комплекс производственных процессов, производимых для повышения процента U-235 в установленном количестве урана, называется «обогащением урана». Здесь термин «обогащение» означает повышение процента расщепляющегося изотопа U-235. В легководных ядерных реакторах обычно используют от 3 до 5 процентов обогащенного урана, то есть доля U-235 в топливе составляет от 3 до 5%, а остальная часть фактически состоит из U-238. Вещество с таким уровнем содержания U-235 называется «низкообогащенным ураном» или НОУ.

Широкое применение получили четыре технологии обогащения урана:

• 
  Газовая диффузия
  

Для того чтобы превратить уран в газообразное состояние, при котором он может участвовать в процессе газовой диффузии, осуществляют конверсию природного урана в гексафторид урана (UF6). Молекулы гексафторида урана, содержащие атомы U-235, будучи немного легче, станут двигаться через каждый барьер с несколько более высокой степенью разделения, нежели те, которые содержат атомы U-238. Для визуализации этого процесса можно привести пример продувания песка через множество решет. Более мелкие песчинки будут преимущественно проходить через каждое решето и, таким образом, после каждой ступени отсеивания они будут составлять несколько более высокий процент от общего объема песчинок, по сравнению с тем процентом, который они имели на предыдущей ступени просеивания.

• 
  Газовое центрифугирование
  

Центрифугирование — это распространенный метод, применяемый в различных целях, например, при отделении плазмы от более тяжелых красных клеток крови. Цикл вращения в стиральной машине работает по аналогичному центрифужному принципу. В процессе обогащения газообразный гексафторид урана подают в быстро вращающиеся цилиндры. Для достижения максимальной степени обогащения на каждой ступени современные центрифуги способны вращаться со скоростью, приближенной к скорости звука. Именно по этой причине управлять процессом центрифугирования крайне сложно, поскольку при высокой степени вращения необходимо, чтобы центрифуга была прочна, практически идеально сбалансирована и готова к эксплуатации в таком виде в течение многих лет без остановки на техническое обслуживание.

• 
  Электромагнитный метод разделения радиоактивных изотопов урана (EMIS)
  

Электромагнитный метод разделения радиоактивных изотопов — это третий тип обогащения урана, который широко применялся в прошлом. Установка по электромагнитному разделению была разработана в рамках Манхэттенского проекта в городе Ок-Ридж, штат Теннеси. Этот метод применяли для обогащения природного урана и последующего обогащения урана, первоначально переработанном на газодиффузионном заводе, который также находился на комбинате в Ок-Ридже. Использование этой установки было приостановлено сразу после войны из-за ее дороговизны и низкой производительности.

Процесс электромагнитного разделения основан на том, что, двигаясь в магнитном поле, заряженная частица следует по криволинейной траектории, радиус которой зависит от массы частицы. Более тяжелые частицы будут проходить более широкий цикл по сравнению с более легкими частицами при условии, что эти частицы одинаково заряжены и двигаются с одинаковой скоростью.

• 
  Форсунка / Аэродинамическая сепарация
  

Аэродинамическая сепарация изотопов (куда входят форсунка и спиральная волна) достигает обогащения аналогичным образом, как и метод газового центрифугирования, в том смысле, что газ форсируют по криволинейной траектории, которая движет более тяжелые молекулы, содержащие U-238, по направлению к внешней стенке, а более легкие молекулы, содержащие U-235, остаются ближе к внутренней. В форсуночных установках, газ гексафторид урана вытесняется под давлением за счет гелия или водородного газа для увеличения скорости газового потока. Затем это соединение пропускают через множество маленьких трубочек круглого сечения, которые отделяют внутренний обогащенный поток от внешнего обедненного потока.

Существует ряд других способов обогащения урана. Это AVLIS - технология лазерного разделения изотопов в атомарной форме, MLIS - молекулярный метод лазерного разделения изотопов, CRISLA - химическая реакция через избирательную изотопную лазерную активацию, а также химическое и ионное обогащение, которые также были разработаны, однако в основном пока находятся в стадии испытаний или демонстрации и не применялись для обогащения урана в промышленных или военных целях.

Преимущества АЭС перед другими видами электростанций:

• 
  Не загрязняют окружающую среду (за исключением форс-мажоров);
  
• 
  Не требуют привязанности к источнику сырья;
  
• 
  Размещаются практически везде.
  

Недостатки АЭС перед другими видами электростанций:

• 
  Опасность АЭС при всевозможных форс-мажорных обстоятельствах: аварий в результате землетрясений, ураганов и т. п.;
  
• 
  Старые модели блоков потенциально опасны радиационным заражением территорий из-за перегрева реактора;
  
• 
  Трудности в захоронении радиоактивных отходов.
  

По выработке электроэнергии на АЭС лидирующее положение занимает Франция (80%). В США, Бельгии, Японии и Республике Корея также велика их доля.

3 Нетрадиционная электроэнергетика

Большинство направлений нетрадиционной электроэнергетики основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика.

Характерными чертами нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство (например, для солнечной электростанции мощностью 1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь около 4-х км²) и малая единичная мощность.

Также можно выделить важное из-за своей массовости понятие — малая энергетика, этот термин не является в настоящее время общепринятым, наряду с ним употребляются термины локальная энергетика, распределённая энергетика, автономная энергетика и др.

Чаще всего так называют электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. К ним можно отнести как экологичные виды энергетики, перечисленные выше, так и малые электростанции на органическом топливе, такие как дизельные электростанции (среди малых электростанций их подавляющее большинство, например в России — примерно 96 %), газопоршневые электростанции, газотурбинные установки малой мощности на дизельном и газовом топливе.

Понятие нетрадиционная энергетика включает:

Возобновляемые источники энергии (солнечная энергия, ветровая, биомасса, геотермальная, низкопотенциальное тепло земли, воды, воздуха, гидравлическая, включая мини - ГЭС, приливы, волны). Подчеркнем, что большие ГЭС обычно не включаются в возобновляемые источники энергии.

Вторичные возобновляемые источники энергии (твердые бытовые отходы - ТБО, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции).

Из вторичных возобновляемых источников энергии особое внимание обратим на горючие твердые бытовые отходы (ТБО). Бытовые и другие отходы — это одна из крупных экологических проблем современного общества. Особенность ТБО заключается в том, что их можно использовать для получения тепловой электрической энергии. Наибольшее количество ТБО производят США - 230 млн тонн в год. При этом 10% отходов сжигаются, и вырабатывается тепловая и электрическая энергия. Количество мусоросжигательных заводов США составляет 89 единиц. В Японии функционируют 1800 мусоросжигательных установок, на которых сжигается 72% бытовых отходов. В ряде стран приняты национальные программы по переработке отходов и получению из них значительного количества тепловой и электрической энергии. Россия производит 63 млн тонн ТБО в год, но действует всего около 10 мусоросжигательных заводов, и только 2 из них построены на современном уровне с использованием импортного оборудования.

Нетрадиционная электроэнергетика делится на несколько направлений.

3.1 Малые гидроэлектростанции

В последние годы широко распространена практика установки малых гидроэлектростанций. Электростанция подобного типа представляет собой установку, все виды оборудования которого являются гидроэлектрическими устройствами. В зависимости от мощностей установок, они градуируются на мини-ГЭС с мощностью, не превышающей 10 МВт, микро-ГЭС с мощностью, не превышающей 0,1 МВт, и малые гидроэлектростанции с мощностью от 10 до 30 МВт.

Гидроагрегат малой гидроэлектростанции состоит из энергоблока, водозаборной установки и элементов управления. По виду гидроресурсов, которые используются при работе малых ГЭС, их можно подразделить на:

• 
  станции руслового или приплотинного типа, имеющие небольшие по объёму водохранилища;
  
• 
  мини-станции стационарного характера, в работе которых используется энергия свободного потока рек;
  
• 
  гидроэлектростанции, работающие с использованием энергии существующих перепадов уровня воды.
  

Строительство и реконструкция малых ГЭС позволит не только получить экологически чистую электроэнергию, но и обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствует централизованное электроснабжение. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные регионы электричеством. Энергия, вырабатываемая малыми ГЭС, используется ближайшими потребителями. При этом снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергоснабжения.

3.2 Ветровая энергетика

Использование энергии ветра — динамично развивающаяся сегодня отрасль мировой энергетики. Для стимулирования развития отрасли, в ряде стран разработаны направления деятельности, в этой области энергетики, это:

• 
  Развитие морских ветропарков;
  
• 
  Мотивация населения и промышленности в установке ветровых генераторов;
  
• 
  Наращивание процента ветровой энергетики в общем энергопотреблении.
  

В связи с этим, развитие ветроэнергетики, как источника альтернативной энергии, постоянно продолжается и будет иметь тенденцию к ускорению этого процесса. Ярким примером таких разработок являются плавающие и парящие ветровые генераторы.

Плавающие ветровые генераторы – монтируются вдали от берега, на глубине 100 и более метров. Первые подобные устройства, были смонтированы в 2007 году, в Норвегии. В связи с тем, сто на поверхности моря всегда, за редким исключением бывает полный штиль, присутствует движение воздушных масс, то КПД установок смонтированных подобных образом, выше, чем у монтируемых на поверхности земли.

Парящие ветровые генераторы – представляют из себя надувную сферу, наполненную гелием, и турбины, расположенной по центру устройства. К тому же конструкторы и разработчики не останавливаются на достигнутом, работы продолжаются в постоянном режиме.

К достоинствам, использования ветровых установок можно отнести следующие:

• 
  Это неисчерпаемый, возобновляемый самой природой, источник энергии, потому как пока светит солнце, будет и движение воздушных потоков, которые и являются первичной силой, благодаря которой, производится электрическая энергия;
  
• 
  Производство энергии при помощи воздушных масс, это экологически чистый процесс, не наносящий вреда окружающей среде;
  
• 
  Строительство объектов ветроэнергетики – это непродолжительное по времени мероприятие, поэтому быстрый монтаж ветровых установок, определяет относительно невысокую стоимость монтажных работ, в сравнении со строительством прочих объектов энергетики.
  

К недостаткам ветроэнергетики относятся:

• 
  КПД установок, в своей работе использующих энергию ветра, зависит от географического месторасположения, погодных условий, сезона и времени суток. Этот недостаток определяет возможность использования ветровых генераторов в том либо ином регионе планеты;
  
• 
  При устройстве генерирующих установок большой мощности, требуются значительные земельный участки, которые приходится выводить из общего оборота земель;
  
• 
  Потребность в начальных значительных затратах, наличие которых подразумевает инвестирование данной отрасли, на начальном этапе развития;
  
• 
  Потенциальная опасность для птиц и прочих летающих организмов.
  

Наличие отрицательных качеств, которыми обладает ветроэнергетика, не может перевесить количество положительных. С уверенностью можно констатировать, что такая область энергетики, как ветроэнергетика, будет развиваться и в дальнейшем.

3.3 Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика — это раздел энергетики, который основан на эксплуатации теплоты Земли для выделения электричества.

Главный источник получения геотермальной энергии — это тепловой поток недр планеты, который направлен к поверхности. Эта теплота вырабатывается за счет химических реакций, радиоактивных распадов и трений ядра.

К бесспорным плюсам использования геотермальной энергетики относят:

• 
  Значительные запасы тепловой энергии, которые при грамотной эксплуатации могут считаться возобновляемыми;
  
• 
  Экономичность, достигаемая за счет отказа от традиционных видов топлива;
  
• 
  Экологическая чистота геотермальных источников и станций, не выбрасывающих в атмосферу вредных веществ;
  
• 
  Самодостаточность, исключающая необходимость применения сторонних источников энергии (помимо первого запуска системы в работу).
  

К числу недостатков использования ГС следует отнести определенные сложности и опасности, связанные с их расположением в сейсмически активных зонах. Размещение сооружений такого масштаба вблизи объектов вулканической деятельности всегда влечет за собой определенные риски. Обычно при поиске места для станций стараются выбирать зоны, где подземная активность наблюдалась очень давно и в настоящий момент проявляется слабо.

3.4 Солнечная энергетика

Солнечная энергетика — использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.

Источником энергии солнечного излучения являются термоядерные реакции, протекающие на Солнце.

К достоинствам солнечной энергетики относятся:

• 
  Экологическая безопасность установок;
  
• 
  Неисчерпаемость источника энергии в далекой перспективе; Низкая себестоимость получаемой энергии;
  
• 
  Доступность производства энергии;
  
• 
  Хорошие перспективы развития отрасли, обусловленные развитием технологий и производством новых материалов с улучшенными характеристиками.
  

Недостатками являются:

• 
  Прямая зависимость количества вырабатываемой энергии от погодных условий, времени суток и времени года;
  
• 
  Сезонность работы, которую определяет географическое расположение; Низкий КПД;
  
• 
  Высокая стоимость оборудования.
  

3.5 Биоэнергетика

Биоэнергетикой называют получение энергии из биологического топлива. Такое топливо может быть различным: производные древесины (щепа, опилки и так далее), брикеты из соломы, лузги, торфа, бумаги, а также биогаз и жидкое биологическое топливо.

К энергетическим растениям можно отнести пшеницу и сахарный тростник. Также можно отнести сою, лён, рапс и подсолнечник. Наилучшими энергокультурами для получения твердого биотоплива являются такие деревья, как ива и тополь. В основном это распространено в европейских странах. Например, в Дании и Швеции плантации, засаженные ивами, занимают от 20 тыс. га. Отметим, что помимо растительного материала, энергию также можно получить с твердых и жидких отходов. Утилизация таких отходов происходит путем сжигания на специальных мусоросжигательных заводах.

Из преимуществ биоэнергетики можно выделить то, что производить биотопливо можно в любом регионе с самым разнообразным климатом. Также использование биотоплива частично решает проблему утилизации мусора. Однако у биоэнергетики есть и недостаток. Массовое выращивание культур, предназначенных для биотоплива, может спровоцировать истощение плодородных земель, в результате чего может начаться голод среди жителей стран третьего мира.

3.6 Водородная энергетика

Водородная энергетика интересна прежде всего тем, что применяется водород, который имеет теплотворную способность в 2,5 раза выше, чем природный газ, и запасы его неограничены, он экологичен, единственный продукт сгорания — это вода. И еще очень важно, что его можно применять в топливных элементах, где осуществляется прямое преобразование химической энергии в электрическую.

К водородной энергетике как таковой следует отнести:

• 
  Крупномасштабное производство водорода из ископаемых и возобновляемых источников энергии;
  
• 
  Производство топливных элементов и энергоустановок на их основе;
  
• 
  Хранение и транспортировку водорода;
  
• 
  Использование водорода для получения энергии в промышленности, на транспорте, в быту.
  

3.7 Термоядерная энергетика

Если в атомной энергетике используется реакция деления тяжелых ядер, то в термоядерной энергетике используется реакция синтеза легких ядер с образованием более тяжелых. Топливом для термоядерной энергетики могут служить ядра изотопов водорода, в первую очередь тяжелого водорода — дейтерия, а также сверхтяжелого водорода — трития. В результате термоядерного синтеза образуется гелий, а высвобождается в 7-8 раз больше энергии, чем при ядерной реакции деления.

Преимущества термоядерной энергетики:

• 
  Более экологически чистое производство электроэнергии. «Побочными» результатами термоядерной реакции являются такие элементы как гелий-4 (инертный газ, нетоксичен) и тритий, который можно применять в качестве топлива. Применение «вторичного трития» уменьшит топливную составляющую, а значит, энергия будет дешевле.
  
• 
  Относительная доступность синтезирующих материалов (топлива). Дейтерий без трудностей можно добыть из морской воды. Литий достаточно распространенный элемент в земной коре. Имеется возможность воспроизведения трития в термоядерных реакторах. Для запуска и работы термоядерного реактора при D-Т синтезе нужны только три вышеперечисленных вещества.
  
• 
  Термоядерные установки, по сравнению с энергообъектами, которые используют нефтепродукты и уголь, не вредят окружающей среде посредством выделения парниковых газов, или аэрозольных загрязняющих веществ.
  
• 
  Термоядерный синтез не относится к цепным реакциям, из-за этого он подвержен более стабильному и простому контролю. Термоядерная установка, в отличие от термоядерной бомбы, не может взорваться из-за ошибок персонала или поломок оборудования. Из-за конструктивных особенностей термоядерной энергетической установки и небольшого количества используемого топлива взрыв ядра реактора невозможен.
  
• 
  Более безопасное использование энергообъекта. Эксплуатация термоядерного реактора намного безопаснее атомного. При его повреждении расплавления активной зоны и выброса радиоактивных веществ не происходит, так как при эксплуатации реакцию термоядерного синтеза нужно подпитывать базовым топливом или энергией.
  

Недостатки термоядерной энергетики:

• 
  Активация конструкционных материалов. Несмотря на то, что в активной зоне установки при реакции D-Т синтеза не создаются радиоактивные элементы, излучаемые нейтроны с течением времени производят активацию оболочки реактора. Проблему можно частично решить применением материалов, которые менее чувствительны к радиационному воздействию. В процессе эксплуатации термоядерного реактора небольшое количество радиоактивного трития может быть выброшено в окружающую среду. Период его полураспада (время, за которое он утратит половину радиоактивности) –12 лет.
  
• 
  Широкое распространение промышленных термоядерных реакторов не прогнозируется раньше середины 21-го века. Технология их использования требует множества доработок и усовершенствований.
  
• 
  Отсутствие сформированного общественного мнения о безопасности реакторов с термоядерным синтезом. Отсутствуют наработки об особенностях использования таких реакторов в промышленном режиме, их эффектах, а также влияния на окружающую среду и человека.
  
• 
  Стоимость создания и постройки термоядерных реакторов намного превышает стоимость обычного ядерного реактора деления.
  
• 
  Необходимо применение дорогих материалов, которые имеют низкую чувствительность к радиации. Такие материалы, по сравнению с обычными, более стойки к радиоактивной активации из-за бомбардировки нейтронами. Например, со сталью, которая применяется при изготовлении корпусов реакторов.
  

4 Заключение

Поиски новых источников энергии являются одним из настоятельных требований времени. Ограниченные запасы природного энергетического сырья: нефти, угля, газа, которые на сегодня являются основными видами топлива, заставляют искать другие пути развития энергетики XXI века, эффективные источники энергии. Главными критериями в определении этих направлений развития энергетики должны стать безопасность и экологическая чистота. Постепенный переход на использование альтернативных источников энергии займет десятки лет. В этот период необходимо предпринимать меры по более рациональному использованию энергии, повышению эффективности энергетических источников и энергосбережению в различных отраслях промышленности, на транспорте и в быту. Сегодня имеется ряд предложений по повышению эффективности аккумулирования и транспортировки энергии, основанные на применении передовых энергосберегающих технологий.

Основой безопасной и экологически чистой энергетики является разработка и создание тепловых и электрических станций, работающих на возобновляемом энергетическом сырье. В руках у человечества есть несколько перспективных источников энергии: солнечная, водородная, термоядерная. Использование этих источников энергии связано наукоемкими технологиями, основанными на современных научных знаниях. Для доведения использования этих источников энергии до промышленного уровня необходимо решить много задач, в которых решающая роль будет отведена научным исследованиям и, прежде всего в области физики. Поэтому энергетика будущего – это современная проблема физики.

5 Список использованной литературы

1. 
   А. Михайлов, д.т.н., проф., А. Агафонов, д.т.н., проф., В. Сайданов, к.т.н., доц. Малая энергетика России. Классификация, задачи, применение // Новости Электротехники: Информационно-справочное издание. — Санкт-Петербург, 2005. — № 5.
   
2. 
   Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова том 1 под редакцией проф. А.Д. Трухния // Основы современной энергетики. В 2-х томах. — Москва: Издательский дом МЭИ, 2008
   
3. 
   Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова том 2 по редакцией проф. А.П. Бурмана и проф. В.А. Строева // Основы современной энергетики. В 2-х томах. — Москва: Издательский дом МЭИ, 2008.
   
4. 
   Под редакцией С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро Справочник по проектированию энергетических систем. — Москва: Энергоатомиздат, 1985.
   
5. 
   С.В. Алексеенко, член-корреспондент РАН, Нетрадиционная энергетика и энергоресурососбережение // Инновации. Технологии. Решения: Журнал №3, 2010.
   
6. 
   Т.Х. Маргулова Атомные электрические станции. — Москва: ИздАТ, 1994. Энергетика в России и в мире: проблемы и перспективы. М.: МАИК «Наука/Интерпереодика», 2001.