Возобновляемые источники энергии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине: Основы энергосбережения

на тему: Возобновляемые источники энергии

 

 

 

Студентка

ФФБД, 1курс, ДФЗ                                           Д. А. Кулешова

 

 

Проверила                                                            М. В. Михадюк

кандидат техн. Наук 

 

 

Минск, 2012

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Возобновляемыми энергоресурсами называют целую гамму энергетических ресурсов, основной характеристикой которых является то, что они постоянно возобновляются, не смотря на их использование. Кроме энергии приливов и отливов, все возобновляющиеся энергоресурсы получают подпитку от солнца - практически единственного источника энергии на нашей планете. Структура нашей планеты достаточно сложная включает литосферу, гидросферу и атмосферу, из которых каждая обладает специфическими качествами и по разному реагирует на воздействие солнечной радиации. Наряду с неравномерным распределением солнечного света по земной поверхности всё это вызывает разницу в давлении, температуре, химическом потенциале и уровня солености воды. Эти различия, поддерживаемые солнечным излучением, и есть потенциальные источники энергии. В естественных условиях эти различия постепенно сглаживаются вследствие необратимого рассеивания, и какая-то определенная часть энергии, в конечном счете, уходит в космос.

Использование возобновляющихся источников энергии, по сути, есть вмешательство в процесс распределения солнечной энергии и использование этой энергии на нужды человека. К счастью в большинстве случаев между поглощением солнечной энергии тем или иным объектом и её выделением в космос в виде инфракрасных излучений проходит достаточно много времени. Это дает возможность воспользоваться вышеупомянутой энергией.

Так как Земля находится в среднем на расстоянии 150 млн. км от Солнца, только малая часть радиации, зависящая от угла падения, попадает на Землю. Однако даже это количество оказывается достаточно большим и поддерживает практически все процессы, происходящие на Земле, включая жизнь.

Всем известно, что по законам термодинамики, объект может представлять собой источник полезной энергии при условии, что он не находится в равновесии с окружающей средой. Подпитываемая солнечным излучением, наша окружающая среда никогда не находится в состоянии равновесия. Излучение приводит к возникновению различий разного рода, например температура и давление. Они могут рассматриваться в качестве источника энергии, подпитывающихся излучением Солнца. Это справедливо для приливов, вызываемых гравитационным взаимодействием между Луной, Землёй и Солнцем.

В этом реферате я дам обзор различных способов добычи полезной энергии, используя существующую в природе разницу различных параметров. Все эти потенциальные источники энергии возобновляемы. Это значит, что когда мы превратим их энергию в полезную, получающаяся относительная разница будет скомпенсирована солнечным излучением при гравитационном взаимодействии Земли, Луны и Солнца.

 

 

1. Энергия ветра

 

Так как ветер - это поток воздуха, распространяющийся с определенной скоростью, его кинетическая энергия может рассматриваться в качестве источника энергии. Кинетическая энергия единицы воздушной массы пропорциональная квадрату скорости ветра, а удельная мощность, переносимая ветром через единицу площади, пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому главной характеристикой ветра как источника энергии является его скорость.

Неравномерность распределения солнечного излучения по всему земному шару, различие в течение дня и ночи и различные физические характеристики морской воды и суши приводят к неоднородности атмосферной температуры и давления, что приводит к появлению ветра. Более или менее широкомасштабная и постоянная циркуляция воздуха, вызываемая разницей в температурах, происходит между экваториальными регионами и более высокими широтами. Эта разница вызывает движение воздуха в верхних слоях атмосферы от экватора к северу и югу, а в нижних - в обратном направлении. Действующая на эти потоки сила Кориолиса, отклоняет верхний поток к востоку, а нижний к западу, вызывая пассаты. Северо-восточные и юго-восточные пассаты являются одними из самых постоянных ветров на Земле со средней скоростью от 8 до 14 м/с. Скорость ветра имеет  тенденцию к росту по мере приближения к южным широтам вплоть до 60-й параллели.

Существует так же более или менее постоянные ветра местного масштаба. Вблизи морского или океанского побережья можно наблюдать бризы, которые в дневное время дуют с моря на сушу, а ночью наоборот. Муссоны также являются постоянными ветрами, меняющими свое направление дважды в год. Они возникают из-за сезонных температурных различий между сушей и океаном. Более или менее постоянные ветра с достаточно большими скоростями существуют в горных областях на гребнях, в ущельях и теснинах. Однако в общем и целом ветер имеет непостоянную природу, что следует принимать во внимание разрабатывая планы по использованию ветра в качестве энергоисточника.

Экологические аспекты использования энергии ветра.

Как большинство неисчерпаемых источников энергии, энергия ветра предоставляется более предпочтительной в сравнении с обычными электростанциями, так как здесь отсутствует сжигание топлива и вредные выбросы в окружающую среду. Однако существуют другие аспекты, на которые следует обратить внимание, например противники ветровой энергии, заявляют, что высокие башни нарушают пейзаж. Но этот аргумент не так уж серьезен по своей сути. Но как было продемонстрировано на примере многих ветряных электростанций, как люди, так и птицы со временем привыкают к вращающимся лопастям.

Более серьезной проблемой может оказаться шум, производимый ветровыми установками. Были проведены соответствующие измерения, с помощью которых было определено расстояние, на котором шум от станции снижается до приемлемого уровня.

 

Во время работы кроме слышимых звуков турбины также издают звуковые волны частотой ниже порога слышимости. Этот так называемый инфразвук происходит от пертурбации воздушного потока во время прохождения лопасти вдоль башни. Так как скорость вращения ротора ветродвигателя обычно составляет 1 Гц, то для трехлопастного ротора частота примерно равна 3 Гц. Утверждается что инфразвук, распространяющийся на достаточно большие расстояния, может быть опасен для живых существ, так что эта проблема требует более детального изучения.

Существует также беспокойство, что громадные конструкции с их вращающимися пропеллерами могут вызывать помехи в телевещании на территории, прилегающие к станции.[3]

Экономическая эффективность использования энергии ветра.

Последнее десятилетие XX в. было отмечено бурным ростом числа ветровых установок во многих странах. В таблице представлены производственные мощности установок (МВт), включенных в общую энергосистему, в десяти ведущих в этой области странах на 1998 г.

 

Производственные мощности ветровых установок, МВт (на 1998г):

 

США - 1794;

Германия - 1567;

Индия - 820;

Дания - 820;

Голландия - 305;

Великобритания - 264;

Испания - 216

Швеция - 105;

Италия - 70;

Китай - 57.

 

На рубеже столетий установки по всему миру производили около 20 млн. кВт электричества. Более того, число новых ветродвигателей продолжает расти с достаточно большой скоростью. На это существует, по крайней мере, две причины. Первая - экологический интерес, и главный среди них - намерение сократить выбросы СО2 в атмосферу. Вторая - экономические интересы, так как стоимость электроэнергии, производимой ветровыми установками, становится конкурентно способной с ценой на электричество, производимое традиционными атомными электростанциями, работающими на ископаемое топливе.

Стоимость электричества, произведенного ветровой турбиной или ветровой электростанцией, зависит от стоимости самой установки, коэффициента работоспособности и эксплуатационных расходов. С ростом производительности стоимость одного установленного киловатта ветровой установки постоянно снижается. Десять лет назад стоимость установки одного киловатта мощности равнялась примерно 5000 долл. А сейчас она снизилась до 1000 долл., и некоторые производители утверждают, что она даже ниже.

 

Существует также четкая тенденция к увеличению производственной мощности установок. В начале 1980-х гг., большинство ветродвигателей обладало мощностью 100 кВт. Следующим шагом было увеличение производственной мощности до 300 кВт, затем до 500 кВт, а устанавливаемые в последнее время системы имеют мощность 700-750 кВт. Ведущие производители изготавливают установки в несколько мегаватт, главным образом для использования в море, достигая при этом экономического эффекта от повышения масштаба, принимая во внимание стоимость возведения башни. Тенденция к росту производственных мощностей установок сохраняется.

Эксплуатационные расходы также снижаются с повышением мощностей, и обслуживание целой электростанции обходится дешевле, чем содержание отдельной ветровой установки.

Без сомнения, в скором будущем установки, преобразующие энергию ветра, будут способны конкурировать с электростанциями, работающими на ископаемом топливе, особенно в регионах с благоприятным ветровым режимом. Стоимость энергии, полученной от преобразования энергии ветра и стоимость установки одного киловатта, зависят от объемов производства энергии за год, а также от расходов по хозяйственно-техническому обслуживанию. Все эти три показателя постепенно улучшаются, тем самым, снижая стоимость энергии, производимой ветровыми турбинами до уровня, сравнимого со стоимостью электрической энергии, произведенной обычным способом.[1]

 

 

2. Энергия  волн

 

Существует несколько видов волн в зависимости от их происхождения и характеристик. Обычно когда речь идет об энергии волн, то, что мы имеем ввиду, это ветровые волны, которые образуются из-за ветра, дующего через обширные океанские пространства. Эти волны могут рассматриваться в качестве важного источника энергии сами по себе. Ветер, в свою очередь, образуется из-за неравномерного распределения солнечной энергии по земной поверхности. Средняя плотность энергии волн в океане довольно низкая около 2,7 Вт/м2, что значительно ниже средней плотности солнечной энергии. Однако при возникновении высоких волн энергия становится более концентрированной.

Есть и другой тип волн - прибой, который можно наблюдать в прибрежных зонах. Их энергия так же может рассматриваться в качестве источника энергии, преимущественно местного значения.

Кроме ветровых волн, есть и приливные волны. Их энергия так же велика, но они рассматриваются отдельно от ветровых волн. Энергию одиночных волн, известных как цунами практически невозможно обуздать.

Экологические и экономические вопросы использования волновой энергии.

До сегодняшнего дня волновые энергетические установки создавались только как небольшие пробные объекты, поэтому у нас недостаточно материалов, чтобы утверждать или опровергать их негативное воздействие на окружающую среду. Тем не менее, можно сделать несколько замечаний.

 

Любая установка, соединенная для извлечения энергии волн, влияет на гидродинамический режим в месте её работы. Это приводит к перераспределению океанских донных отложений с живущими там организмами и растениями. Они так же могут изменить прозрачность и мутность воды.

Однако кроме всех этих недостатков возведение волновой энергетической установки вблизи побережья может иметь и положительный характер. Сильные волны, бьющиеся о берег могут повредить портовые постройки, пляжи, имущество и т.д. Поэтому для защиты в прибрежной части сооружают дорогостоящие волнорезные конструкции. Волновая энергетическая установка будет поглощать часть энергии волн, снимая их разрушительное воздействие.[3]

До настоящего времени волновые установки в основном рассматривались как малые сооружения для обеспечения энергией удаленных населенных пунктов и размещались в прибрежной части, преимущественно на островах. Обычное энергоснабжение в таких случаях в основном основано на дизельных генераторах, работающих на привозном, а значит дорогом топливе.

Так как больших коммерческих волновых энергетических установок не существует пока, невозможно сообщить какие либо достоверные сведенья об их конкурентоспособности, а именно - стоимость установки одного киловатта мощности и стоимость произведенного электричества. Кроме стоимости самого оборудования они будут так же в большей степени зависеть от волнового режима в выбранном месте, а именно - от характеристик волн и от их наличия в течение года. Требуемые гидрологические данные обычно недоступны. Тем не менее, существующие прогнозы и проектные расчеты дают некоторую информацию о возможной стоимости электричества, вырабатываемого волновыми установками. Согласно этим оценкам стоимость 1 кВт/часа превысит 0,16 долл., что дороже, чем электричество, произведенное любым другим неисчерпаемым источником энергии. Более оптимистические прогнозы были сделаны в 1994-1999 гг.: стоимость электроэнергии вырабатываемой серийными электростанциями, будет предположительно ниже, прядка 0,10-0,14 долл. За 1 кВт/час.[2]

 

 

3. Разница температур в  океане и между океаном и  атмосферным воздухом как источник  энергии

 

Неравномерное распределение солнечного излучения, глобальная циркуляция между низкими и высокими широтами, свойства поверхности, принимающей солнечные лучи, создают и поддерживают разницу температур между различными частями окружающей среды. Эти различия в температуре могут быть использованы для выполнения механической работы или производства электричества при помощи термодинамических (тепловых) циклов. Физическое тепло более теплой материи может быть предано некой рабочей жидкости для совершения требуемой работы, в то время когда более холодная субстанция будет использоваться в качестве теплоотвода в термодинамическом цикле.