Перспективи розвитку геліоенергетики

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут екологічної безпеки

Кафедра екології

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Загальна екологія»

Тема: «Перспективи розвитку геліоенергетики»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент 201 групи ІЕБ

Свіденюк Михайло Олегович

 

 

 

 

Прийняв:

професор кафедри екології,

д.т.н. Франчук Г.М.

 

 

 

Київ 2012

 

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 

Інститут екологічної  безпеки

Кафедра екології

Напрям підготовки 6.040106 „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”

 

 

 

ЗАВДАННЯ

НА ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ СТУДЕНТА

 

Свіденюка Михайла Олеговича

 

1.Тема роботи: „Перспективи розвитку геліоенергетики”

 

2. Дата захисту курсової  роботи   «____» ____________  2012р.

 

3. Оцінка захисту курсової роботи   __________________________

 

4. Члени комісії     ___________________________

 

___________________________

 

___________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

Курсова робота „Перспективи розвитку геліоенергетики”: 37 сторінкок, 3 таблиці, 9 рисунків, 15 використаних джерел.

Об’єкт дослідження – вплив розвитку туризму на природні та історико-архітектурні комплекси Українського Полісся (на прикладі м. Бердичева).

Предмет дослідження – використання використання сонячної енергії.

Мета роботи - проаналізувати особливості використання геліоенергетики, а також розглянути та запропонувати шляхи переходу на видобуток електроенергії від сонячного випромінювання на території Українського Полісся.

Методи дослідження – аналіз літературних джерел за тематикою; аналіз теоретико-методичних аспектів розвитку геліоенергетики на території України; прогноз та узагальнення перспектив розвитку геліоенергетики; розрахунковий матеріал (для визначення вартості електроенергії внаслідок використання сонячного випромінювання та порівняння з вартістю електроенергії виробленої ТЕС).

Установлено необхідність розвитку геліоенергетики на території України; запропоновано основні способи використання енергії сонячного випромінювання для регіонального забезпечення українського населення електроенергіею; розраховано вартість використання електроенергії виробленої бойлером з центральним електропостачанням та за допомогою сонячного колектора. (Короткий опис результатів роботи).

Ключові слова: геліоенергетика, сонячне випромінювання, електроенергія, енергопостачання, сонячний колектор.

 

ЗМІСТ

 

 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ  СКОРОЧЕНЬ …………..…………………………………4

ВСТУП………………………………………………………………………………….5

1. РОЗДІЛ 1 Загальні  відомості про геліоенергетику.............................................7

1.1. Аналіз традиційних  джерел енергії…………………………………………7

1.2. Законодавча база альтернативної енергетики в Україні…………………8

1.3. Поняття та види геліоенергетики…………………………...……………….9

1.4. Висновки …………………………………………………….........................12

2. РОЗДІЛ 2 Практичні аспекти використання сонячної енергії..………..…..13

2.1. Потенційні можливості геліоенергетики…………………………………13

2.2. Пристрої та механізми перетворення сонячної енергії…………………14

2.3. Пряме перетворення сонячної енергії в електричну енергію……………17

2.4. Переваги та недоліки геліоенергетики…………..………………………...20

2.5. Висновки………………………………………………………….................21

3. РОЗДІЛ 3 Перспективи розвитку геліоенергетики в Україні…………….23

3.1. Практичні аспекти використання енергії сонячного випромінювання в Україні…………………………………………………………………………………23

3.2. Оцінка та порівняння використання сонячної енергії по регіонах України………………………………………………………………………………...26

3.3. Розрахунок вартості підігріву води звичайним бойлером та сонячним колектором………………………………………………………………………...…..29

3.4.Висновки……………………………………………………………………..32

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ………………………………………………..33

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………………………………….34

ДОДАТКИ…………….………………………………………………………………36

 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

 

ТЕС – теплоелектростанція

СЕС – сонячна електростанція

ФЕС – фотоелектрична станція

ФЕП - фотоелектричне перетворення

ККД - коефіцієнт корисної дії

 

 

 

ВСТУП

Рівень матеріальної, а відповідно і духовної культури людства прямо  залежить від кількості енергії, що воно має. Для того щоб виготовити будь-яку річ нам потрібна енергія. Матеріальні потреби людства як і популяція людей постійно збільшуються, тому потреба у енергії збільшується у геометричній прогресії.

Альтернативна енергетика - сукупність перспективних способів отримання енергії, які поширені не так широко, як традиційні, проте представляють інтерес через вигідність їх використання і, як правило, низький ризик заподіяння шкоди навколишньому середовищу.

На сьогоднішній день альтернативні  джерела енергії стають все більш  популярними, особливо у світлі енергозберігаючих технологій. У минулому, не затребувані способи отримання енергії тепер актуальні. Ефективне енергозбереження неможливо уявити без застосування альтернативних джерел енергії.

Джерела енергії - речовини і процеси, які зустрічаються в природі та дозволяють людині отримати необхідну для існування енергію.

Альтернативне джерело енергії замінює собою традиційні джерела енергії, що функціонують внаслідок використання нафтопродуктів, природного газу та вугілля.

Мета пошуку альтернативних джерел енергії - потреба отримувати її з енергії поновлюваних або практично невичерпних природних ресурсів і явищ, а також тих, які характеризуються екологічністю та економічністю.

До альтернативних, нетрадиційних  джерел енергії сьогодні відносять: сонячне випромінювання, енергію вітру, біомасу, гідроенергію малих рік, теплову енергію довкілля, енергію морських хвиль, термальних вод, а також теплові скиди промисловості, які є досить перспективними для ефективного використання на території України.

 

 

 

1. РОЗДІЛ. Загальні відомості про геліоенергетику

1.1. Аналіз традиційних джерел  енергії.

Енергетика  є базовою галуззю економіки. Ступінь забезпечення власними енергетичними  ресурсами значною мірою визначає суверенітет будь-якої країни. Тому стратегічним завданням розвитку економіки є максимальне збільшення в її енергетичному балансі частки енергії, виробленої за рахунок власних енергетичних ресурсів. Енергетика України включає в себе атомну енергетику, гідроенергетику та теплову енергетику. Гідроенергетика практично вичерпала можливості свого подальшого розвитку в силу обмеженості природних місць придатних для будівництва нових гідроелектростанцій. Паливо для роботи атомних і теплових електростанцій необхідно закуповувати за кордоном. Крім того, ці два напрямки розвитку енергетики в промислово розвинених країнах вважаються малоперспективними і екологічно небезпечними. Економічні прогнози показують, що до середини 21 століття споживання енергії буде в 15 разів більше енергії витраченої протягом всього 20 століття і потребують використання близько 80% можливих запасів рідкого і твердого палива планети.

До 2100 року інтегральне  споживання енергії більш ніж  удвічі перевищить відомі оцінки економічно доступних природних ресурсів. Інтенсивне використання теплових електростанцій призвело до появи ряду екологічних проблем, серед якої найгостріші за своїми несприятливих наслідків - збільшення викидів в атмосферу вуглекислого газу і зменшення товщини озонового шару. Так, кожен кіловат потужності теплової електростанції за один рік виробляє в якості побічних продуктів в середньому 2,4 т золи, 30кг. окису сірки і 3 кг. окису вуглецю. За останні 100 років концентрація вуглекислого газу в атмосфері Землі підвищилася на 13% . Це збільшення може призвести до розвитку тепличного ефекту на планеті. Вуглекислий газ затримує інфрачервоне випромінювання нашої планети, порушуючи тим самим теплову рівновагу між Землею й навколишнім космічним простором. Деякі фахівці вважають, що атомні електростанції виробляють електроенергію, яка сьогодні є більш дешевою, ніж електроенергія виробляється тепловими електростанціями. І цією тезою прихильники розвитку атомної енергетики намагаються виправдати цей шлях розвитку енергетичного комплексу України, незважаючи на загальновизнану екологічну небезпеку забруднення навколишнього середовища радіоактивними відходами, про що свідчить трагедія на Чорнобильській АЕС. Однак, і теза про низьку собівартість електроенергії, виробленої на атомних електростанціях, не витримує критики. При оцінці собівартості такої електроенергії не враховується витрати на утилізацію радіоактивних відходів і собівартість екологічно безпечної консервації атомних електростанцій, які відпрацювали допустимий термін експлуатації (25-30 років). При роботі атомної електростанції близько 99% палива йде у відходи, які являють собою радіоактивні продукти розщеплення.

Одним з перспективних  напрямків розвитку атомної енергетики є термоядерний синтез. Однак головною проблемою є незавершеність вельми дорогих експериментальних досліджень. При цьому в осяжному майбутньому, на думку вчених, проблема промислового керованого термоядерного синтезу не буде вирішена. У теж час енергія природного величезного і віддаленого на безпечну відстань від Землі термоядерного реактора - Сонця використовується в недостатніх обсягах.

 

1.2. Законодавча база альтернативної енергетики в Україні.

Вперше на законодавчому рівні в Україні було дано визначення терміну нетрадиційні і поновлювальні джерела енергії в Законі України «Про енергозбереження» від 1 липня 1994 року. Це енергія, яка постійно існує або періодично виникає в навколишньому середовищі в якості потоків енергії сонця, вітру, геотермальної енергії, енергії морів, океанів і біомаси. Закон визначив правове регулювання, яке застосовується до юридичних і фізичних осіб котрі проводять роботу з будівництва і реконструкції обєктів відновлювальної енергетики. Даним законом передбачено надання податкових пільг підприємствам – виробникам енергозберігаючого обладнання, техніки і матеріалів, засобів вимірювання, систем контролю і управління енергоспоживанням і підприємствам, які використовують обладнання, що працює на нетрадиційних і поновлювальних джерелах енергії. Тобто вже тоді, на самому початку становлення Української державності, законодавець зрозумів і відчув надзвичайну важливість даного питання, надавши сприятливий економічний режим для розвитку використання нетрадиційних джерел енергії.

У 2003 році було прийнято Закон України «Про альтернативні  джерела енергії», яким визначено  правові, економічні, екологічні та організаційні засади використання альтернативних джерел енергії та сприяння розширенню їх використання у паливно-енергетичному комплексі. Законом визначено, що альтернативні джерела енергії – це відновлювані джерела енергії, до яких належать енергія сонячна, вітрова, геотермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів, та вторинні енергетичні ресурси, до яких належать доменний та коксівний гази, газ метан дегазації вугільних родовищ, перетворення скидного енергопотенціалу технологічних процесів. При цьому  альтернативна енергетика розглядається як сфера енергетики, що забезпечує вироблення електричної, теплової та механічної енергії з альтернативних джерел енергії.

 

1.3. Передумови виникнення, поняття та види геліоенергетики.

В даний час людство  активно впроваджує нові екологічно чисті джерела енергії. Перший бурхливий  перехід на нові джерела енергії відбувся з 1890 року по 1910 рік, коли каретно-кінна тяга була замінена автомобілями, а електричне освітлення змінило газові світильники. Цей перехід призвів до промислової революції в більшості розвинених країн світу. В даний час людство знову переживає черговий етап переходу на нові джерела енергії, який почався в 1990 році і за прогнозами вчених продовжитися до 2010 року. Особливість цього етапу полягає в його екологічній спрямованості - зменшення забруднення навколишнього середовища, істотне скорочення викиду в атмосферу вуглекислого і сірчистих газів. Протягом цього часу людство повинне впровадити у повсякденне життя поновлювані екологічно чисті джерела енергії, перш за все, такі як вітроенергетика та геліоенергетики. В іншому випадку прийдешні екологічні катастрофи поставлять під загрозу можливість подальшого існування життя на нашій планеті.

Сонячна енергія - це екологічно чисте джерело енергії, що дозволяє використовувати його у  все зростаючих масштабах без  негативного впливу на навколишнє середовище. Сонячна енергія - це практично невичерпне джерело енергії, яке буде доступне і через мільйони років. Основними напрямками використання сонячної енергії вважаються: пряме перетворення сонячної енергії в електричну енергію; отримання тепла шляхом абсорбції сонячного випромінювання.

Геліоенергетика - галузь енергетики, що вивчає і застосовує методи експлуатації енергії сонячного  проміння для промислових і побутових  потреб.

Сонячний спектр складається:

- з ультрафіолетових  хвиль довжиною 0,28-0,38 мкм, які є невидимими для людського ока і становлять приблизно 2 % сонячного спектра;

- зі світових хвиль у діапазоні  0,38-0,78 мкм (380-780 нм), які становлять  приблизно 49 % спектра; 

- з інфрачервоних хвиль довжиною 0,78-3,0 мкм, на частку яких припадає більша частина сонячного спектра – 49 %.

Решта частини спектра відіграє незначну роль у тепловому балансі  Землі.

Потужність  сонячної радіації на 1 м поверхні Землі  дорівнює 1359 Вт/м , ця величина є сонячною сталою.

Якщо  прийняти для орієнтовних розрахунків, що потужність сонячного випромінювання, яка припадає на 1 м земної поверхні, становить близько 1 кВт, то на площу квадрата 100×100 км вона дорівнюватиме 10 млрд кВт. Якщо ККД установок буде 10%, то на цій площі можна одержати потужність 1 млрд кВт.

Інженерна наука про безпосереднє використання сонячної енергії називається геліотехнікою.

Розрізняють пряму і розсіяну сонячну радіацію. Пряма радіація являє собою безпосереднє потрапляння сонячних променів на поверхню обстеження. Розсіяна радіація – це непряме, розсіяне на частинках повітря, пилу, води тощо, що має місце в атмосфері, потрапляння сонячних променів на поверхню обстеження.

Види геліоенергетики:

1. Біологічна геліоенергетика використовує сонячну енергію, яка накопичується в рослинах у процесі фотосинтезу. Найчастіше йдеться про спалювання деревини. Деякі країни, зокрема Англія, планують засаджувати швидкозростаючими деревами непридатні для ведення сільського господарства землі, щоб згодом отримати енергію від спалювання деревини. У Бразилії в якості палива використовують етиловий спирт, який виробляється з відходів цукрової тростини.

До біологічного виду геліоенергетики також відноситься вироблення біогазу, який утворюється при нагріванні до 400-700 ° С побутових органічних відходів на спеціальних установках.