Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Июня 2013 в 15:41, контрольная работа
В понятие возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, энергия биомассы, гидроэнергия, низкопотенциальная тепловая энергия и другие "новые" виды возобновляемой энергии.
Принято условно разделять ВИЭ на две группы:
Традиционные: гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии ГЭС мощностью более 30 МВт; энергия биомассы, используемая для получения тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и некоторые другие виды печного топлива); геотермальная энергия.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
В последние годы все большее число стран проявляет интерес к использованию термальных градиентов океанских вод, и поэтому развитие гидроэнергетики стало столь популярным. Впервые мысль об энергетическом использовании разности температур на поверхности и в глубине воды (20-30 С) высказал в 1881 г. французский физик Д'Арсо-валь. Принцип использования этой разности температур в целях выработки электроэнергии прост. Теплая океанская вода из верхних слоев используется для испарения фреона (точка кипения 25-30 °С) или какой-либо другой подобной жидкости. Парами фреона приводится в движение турбогенератор. Отработавшие в турбине пары фреона охлаждаются более холодной водой, поступающей из глубинных слоев, конденсируются в жидкий фреон, который вновь используется в цикле.
Американские специалисты утверждают, что поскольку нет никаких серьезных технических препятствий к сооружению морских электростанций, то к 1985 г. можно получить суммарную мощность их 1000 МВт, а через 5 лет- 10 000 МВт. Министерство энергетики США считает, что к 2000 г. энергия океана могла бы дать столько же электроэнергии, сколько в настоящее время дают все ГЭС США.
Широким фронтом ведутся подобные исследования в Японии и Франции. Предполагается, что Япония до 1984 г. будет располагать опытной электростанцией мощностью 25 МВт, а к 1990 г. войдет в эксплуатацию электростанция мощностью 100 МВт. Расчеты показывают, что себестоимость электроэнергии морских электростанций примерно соответствует себестоимости энергии, вырабатываемой ТЭС и АЭС. В экологическом отношении они безвредны. Правда, если в контуре, по которому циркулирует фреон, возникнет утечка, то это может привести к ощутимому ущербу для морской флоры и фауны.
Энергия волн — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия
волн — возобновляемый источник энергии.
Волновая энергия представляет собой сконцентрированную энергию ветра и, в конечном итоге, солнечной энергии. Мощность, полученная от волнения всех океанов планеты, не может быть больше мощности, получаемой от Солнца. Но удельная мощность электрогенераторов, работающих от волн, может быть гораздо большей, чем для других альтернативных источников энергии.
Несмотря на схожую природу, энергию волн принято отличать от энергии приливов и океанских течений. Выработка электроэнергии с использованием энергии волн не является распространенной практикой, в настоящее время в этой сфере проводятся только экспериментальные исследования.
Представляет
интерес и использование
На сегодняшний день проводятся теоретические и экспериментальные исследования по использованию энергии морских волн. Высказано множество идей. Ланкастерский университет (Англия) предлагает, например, использовать для выработки электроэнергии, поступающий в турбину из гигантских воздушных мешков из пластмассы, сжимаемых под воздействием морских волн. После прохождения турбины воздух по каналу низкого давления возвращается в мешки, которые сжимаются новой набегающей волной. Специалисты утверждают, что каждый метр такого модуля может генерировать мощность 4 кВт, а 25 плавающих мешков длиной по 200 м каждый обеспечат установленную мощность волновой электростанции 20 МВт. С 1977 г. в университете действует модель такой установки.
Другой вариант волновой энергетической установки предложен Океанографическим институтом штата Калифорния (США). Установка представляет собой плавающий буй диаметром около 2,4 м, через центр которого проходит вертикальная труба, опускаемая в море на 90 м. Когда буй под действием волны опускается, в трубе открывается клапан и вода движется по ней вверх. При подъеме буя клапан закрывается, и вода накапливается под давлением в специальном баке. Накопившаяся вода за несколько волновых циклов поступает под напором на гидравлическую турбину, которая используется как двигатель генератора. Вырабатываемая электроэнергия может передаваться по подводному кабелю на берег или использоваться на месте, например для производства водорода методом электролиза.
Из всех океанских источников течения характеризуются самой низкой плотностью энергии (величина эквивалентного их динамическому давлению столба жидкости равна всего 0,05 м при скорости 1 м/с и только 5 м при скорости 10 м/с).
Без учета трудностей создания и обслуживания гигантских сооружений в толще океанских вод, необходимых для утилизации их кинетической энергии, они эффективнее, пожалуй, только преобразователей солнечной энергии в умеренных широтах, где с поверхности площадью 1 м2 можно получить не более 100 Вт. С такой же площади в поперечном сечении океанского течения, имеющего скорость 1 м/с, можно получить около 600 Вт электрической мощности. Только 0,02 % солнечной энергии, поступающей в Мировой океан, преобразуется в нем в кинетическую энергию течений, но и это достаточно внушительная величина: при мощности 5—7 ТВт она составляет примерно 60 • 1012 кВт-ч/год (современное потребление энергии в мире составляет примерно 80-1012 кВт- ч/год).
Приблизительно 20% этой энергии идет на преодоление сил трения, а остальное
расходуется на перенос водных масс из одних районов Мирового океана в другие (рис.1).
Рис.1
В процессе этого переноса водные массы перераспределяют по планете избыток тепла, биогенных элементов, уменьшают концентрацию загрязнений в местах их поступления в океан, т. е. обеспечивают океану роль природного демпфера опасных отклонений жизненно важных показателей среды. Этот перенос идет с различными скоростями: от нескольких сантиметров до нескольких метров в секунду. Он происходит и по горизонтали и по вертикали, обеспечивая полный обмен водными массами между различными частями Мирового океана примерно один раз в 1000 лет.
Причины, вызывающие движение водных масс в океанах, различны. Здесь и действие сил, связанных с образованием градиентов давлений, и влияние ветров над океанской поверхностью, и приливы. В результате сложной связи этих факторов между собой, вращения Земли, взаимодействия образующихся потоков с неровностями дна и берегами в океане возникают совершенно удивительные по своим свойствам течения, в которых энергия концентрируется настолько, что становится оправданной разработка технических решений этого направления энергетики.
Если взять за эталон течения со средними скоростями порядка 1 м/с, то можно найти достаточно мест для размещения ОГЭС и в открытом океане, и вблизи берега. Особенно интересен в этом плане Атлантический океан (Гольфстрим, Северное пассатное, Бенгальское, Гвинейское, Бразильское течения). Менее интересен Индийский океан, хотя и обладающий большой суммарной кинетической энергией (Сомалийское и мыса Игольного течения, отроги течения Западных Ветров). В Тихом океане внимание привлекают Куросио и его ответвления.
Надо отметить, что здесь перечислены только некоторые из Великих океанических течений, используя мощь которых принципиально возможно создать достаточно крупные региональные энергетические объекты (суммарная мощность Гольфстрима, например, оценивается в 15 ГВт, а Куросио — в 50 ГВт), но существуют еще и течения, вполне подходящие для решения задач местной энергетики. Например, постоянно действующие течения в Гибралтарском и Баб-эль-Мандебском проливах, приливные течения в Ла-Манше, между рядом островов Курильской гряды и другие течения, где скорости потоков достигают величин порядка 5 — 8 м/с, и, соответственно, плотности энергии значительно возрастают по сравнению со средними для крупных океанских течений. Причем, в проливах можно использовать для нужд энергетики не только поверхностные, но и глубинные потоки, часто имеющие противоположное поверхностным направление и также обладающие подходящими скоростями.
Практически все течения подвержены каким-то изменениям. Сезонно и из
года в год изменяются скорости, направления, физические параметры вод. Устойчивость потоков будет определять стабильность работы будущих ОГЭС, и для энергетики, вероятно, особенно интересны те течения, устойчивость которых превышает, по крайней мере, 50 %. У всех из перечисленных выше течений этот показатель близок к 75%. Исключение составляет Сомалийское течение, в летние месяцы изменяющее направление движения на противоположное. Средние сезонные колебания расхода воды в Гольфстриме, например, составляют 15 — 20 % от наибольшего значения, правда, иногда отмечаются и большие колебания (величиной до 50%). Более стабильно Куросио (10 — 15% колебаний расхода), но в отдельные годы и в нем наблюдались изменения скорости и расхода воды в 50—60 %.
Наиболее мощные течения океана – потенциальный источник энергии. Современный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с).
Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.
Анализ, принятых в настоящее время механизмов формирования океанических течений, показывает их энергетическую несостоятельность. Мощность этих механизмов на порядки меньше мощности океанических потоков. В отличие от принятых, предлагаемый механизм, связанный с энергией вращения Земли, напротив, показывает, что энергия вращения Земли на много порядков превышает энергию океанических течений. Новый механизм достаточно непротиворечиво объясняет всю совокупность фактов, относящихся к океаническим течениям, опираясь на твёрдо установленные экспериментальные данные. При этом не привлекаются неустановленные физические закономерности и связи.
Литература
http://geography.kz/slovar/
Информация о работе Контрольная работа по «Нетрадиционные источники энергии»