Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии и технологии их освоения

Содержание

1 Введение 1

2 Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии и технологии их освоения 2 

3 Возобновляемая энергетика в РБ 8

3.1. Потенциал альтернативных источников энергии в Беларуси 10

4.Заключение 13

5. Список использованный  источников 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Постоянное повышение  цен в мире на традиционные источники  энергии, политическая и экономическая  нестабильность в странах, являющихся основными поставщиками нефти и  газа на мировые рынки, заставляет ведущие  страны мира искать другие виды источников энергии.

При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может  быть покрыто лишь за счет использования  органического топлива (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии  на основе тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г. может  удовлетворить запросы мировой  энергетики только частично. Остальная  часть энергопотребности может  быть удовлетворена за счет других источников энергии - нетрадиционных и  возобновляемых.

Возобновляемые источники  энергии - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде  потоков энергии. Возобновляемая энергия  не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

Невозобновляемые источники  энергии - это природные запасы веществ  и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить  ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников, в отличие от возобновляемых, находится  в природе в связанном состоянии  и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.

В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г) к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских  волн, приливов и океана, энергия  биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших  и малых водотоков.

 

 

 

 

2 Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии и технологии их освоения.

Солнечная энергия.

Основным видом неиссякаемой энергии считается Солнце. Оно ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг урана.

Самый простой способ использования  энергии Солнца - солнечные коллекторы, в состав которых входит поглотитель. Коллекторы устанавливаются неподвижно на крышах домов под углом к  горизонту, равным широте местности  или монтируются в кровлю. В  зависимости от условий инсоляции  в коллекторах теплоноситель  нагревается на 40-50° больше, чем  температура окружающей среды. Такие  системы применяются в индивидуальном жилье, практически полностью покрывая потребность населения в горячей  воде; в районных отопительных установках, а также для получения технологической  тепловой энергии в промышленности.

Электроэнергия от светового  потока может производиться двумя  путями: путем прямого преобразования в фотоэлектрических установках, либо за счет нагрева теплоносителя, который производит работу в том  или ином термодинамическом цикле. Прямое фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения в электрическую  энергию используется на фотоэлектрических  или солнечных станциях, работающих параллельно с сетью, а также  в составе гибридных установок  для автономных систем. Возможно также  комбинированное производство электрической  и тепловой энергии. В перспективе  предполагается, что солнечной энергии  будет придаваться большое значение вследствие ее щадящего воздействия  на окружающую среду по сравнению  с большинством других источников энергии. Это со временем выльется в относительную  экономичность, однако пока удельные капитальные  вложения в фотоэлектрические установки  превышают традиционные в пять и  более раз.

 

Энергия ветра.

Использование энергии ветра  сегодня чрезвычайно динамично  развивающаяся отрасль мировой  энергетики. Если суммарная установленная  мощность ветровых энергоустановок (ВЭУ) в мире в 2000 году составляла 17,8 ГВт, то в 2002 году она достигла уже 31,1 ГВт. По данным 2002 г. странами-лидерами по установленной мощности (ГВт) ВЭУ являлись: Германия - 12; Испания - 4,8; США - 4,7; Дания - 2,9; Индия - 1,7.

Тенденцией последних  десятилетий является непрерывный  рост единичной мощности сетевых  ВЭУ. Еще 10 лет назад типичной ВЭУ  в составе ветровых ферм была установка  мощностью 300-500 кВт. В 2000-2002 годах серийной стала ВЭУ мощностью 1ч1,2 МВт. Некоторые  фирмы начали производить еще  более крупные установки - до 4,5 МВт  в основном для применения на шельфе, где наиболее благоприятны характеристики ветра. Это приводит к снижению стоимости  установленного киловатта, которая  сегодня находится на уровне 1000 долл. /кВт, и стоимости вырабатываемой электроэнергии.

Проблемой ветрянной энергии  в том, что скорость и направление  ветра меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его  менее "надежным", чем Солнце. Таким  образом, возникают две проблемы, которые необходимо решить в целях  полноценного использования энергии  ветра. Во-первых, это возможность "ловить" кинетическую энергию ветра с  максимальной площади. Во-вторых, еще  важнее добиться равномерности, постоянства  ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Может быть, одним из решений станет внедрение  новой технологии по созданию и использованию  искусственных вихревых потоков.

Наиболее распространенным типом ветровых установок (ВЭУ) является турбина крыльчатого типа с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3 в фиксированном положении с  небольшой регулировкой угла наклона. Турбина, мультипликатор и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной  на верху мачты. В последних моделях  ВЭУ используются асинхронные генераторы переменной мощности, а задачу кондиционирования  вырабатываемой энергии выполняет  электроника. Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной  скорости их вращения, возможностью соединяться  непосредственно с генератором  электрического тока без мультипликатора  и высоким коэффициентом использования  энергии ветра.

Другая популярная разновидность  ВЭУ - карусельные ветродвигатели. Они  тихоходны, и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без  риска потерпеть аварию при сильном  порыве ветра. Тихоходность выдвигает  одно ограничивающее требование - использование  многополюсного генератора, работающего  на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов неэффективно из-за низкого КПД последних. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем, "откуда дует ветер", что весьма существенно для приземных рыскающих потоков.

 

Гидроэлектростанция (ГЭС).

Экономический потенциал  малых и мини-ГЭС составляет примерно 10% от общего экономического потенциала. Но используется этот потенциал менее  чем на 1%. Сейчас начинается процесс  восстановления разрушенных и строительства  новых малых и мини-ГЭС. Однако малые ГЭС, построенные путем  полного перегораживания русла  рек плотинами, обладают всеми недостатками  гигантов энергетики (ГЭС) и строго говоря, вряд ли могут быть отнесены к экологически чистым видам энергии.

Бесплотинные микро-ГЭС  для речек, речушек и даже ручьев существуют уже давно. Бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. в комплекте  с аккумулятором обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую  экспедицию, отгонное пастбище или  небольшую мастерскую. Роторная установка  диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную "лыжу" и тросами  закрепляется с двух берегов. Бесплотинная мини-ГЭС, успешно зарекомендовавшая  себя на речках Горного Алтая, доработана до уровня опытного образца [1].

 

Волновая энергия.

В структуре возобновляемых энергоресурсов весьма перспективным  энергоносителем являются океанские  волны. Специалисты утверждают, что  уже сейчас за счет энергии океанских  волн возможно получение электроэнергии производительностью до 10 млрд. кВт. Это лишь незначительная доля совокупной мощности волн морей и океанов  Земли. Вместе с тем она больше мощности всех электростанций, работавших на земле в 1990 г. Наиболее совершенен проект "Кивающая утка", предложенный конструктором С. Солтером (S. Salter, Эдинбургский университет, Шотландия). Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

Энергию приливов вполне можно "приручить" на приливных ГЭС, которые демонстрируют достаточно хорошие экономические показатели, но ресурс их ограничен - требуются  специфические природные условия - узкий вход в бухту и т.п. Совокупная энергия приливов оценивается в 0,09*1015 кВт*час в год.

 

Геотермальная энергия.  

Энергетика земли –  геотермальная энергетика базируется на использовании природной теплоты Земли. Верхняя часть земной коры имеет термический градиент, равный 20–30 °С в расчете на 1 км глубины, и, количество теплоты, содержащейся в земной коре до глубины 10 км (без учета температуры поверхности), равно приблизительно 12,6.1026 Дж. Эти ресурсы эквивалентны теплосодержанию 4,6·1016 т угля (принимая среднюю теплоту сгорания угля равной 27,6.109 Дж/т), что более чем в 70 тыс. раз превышает теплосодержание всех технически и экономически извлекаемых мировых ресурсов угля. Однако геотермальная теплота в верхней части земной слишком рассеяна, чтобы на ее базе решать мировые энергетические проблемы. Ресурсы, пригодные для промышленного использования, представляют собой отдельные месторождения геотермальной энергии, сконцентрированной на доступной для разработки глубине, имеющие определенные объемы и температуру, достаточные для использования их в целях производства электрической энергии или теплоты.

С геологической точки  зрения геотермальные энергоресурсы можно разделить на гидротермальные конвективные системы, горячие сухие системы вулканического происхождения и системы с  системы  с высоким тепловым потоком.

К категории гидротермальных  конвективных систем относят подземные  бассейны пара или горячей воды, которые выходят на поверхность земли, образуя гейзеры, сернистые грязевые озера. Образование таких систем связано с наличием источника теплоты - горячей или расплавленной скальной породой, расположенной относительно близко к поверхности земли. Гидротермальные конвективные системы обычно размещаются по границам тектонических плит земной коры, которым свойственна вулканическая активность.

В принципе для производства электроэнергии на месторождениях с  горячей водой применяется метод, основанный на использовании пара, образовавшегося при испарении  горячей жидкости на поверхности. Этот метод использует то явление, что  при приближении горячей воды (находящейся под высоким давлением) по скважинам из бассейна к поверхности давление падает и около 20 % жидкости вскипает и превращается в пар. Этот пар отделяется с помощью сепаратора от воды и направляется в турбину. Вода, выходящая из сепаратора, может быть подвергнута дальнейшей обработке в зависимости от ее минерального состава. Эту воду можно закачивать обратно в скальные породы сразу или, если это экономически оправдано, с предварительным извлечением из нее минералов. 

Другим методом производства электроэнергии на базе высоко- или  среднетемпературных геотермальных  вод является использование процесса с применением двухконтурного (бинарного) цикла. В этом процессе вода, полученная из бассейна, используется для нагрева теплоносителя второго контура (фреона или изобутана), имеющего низкую температуру кипения. Пар, образовавшийся в результате кипения этой жидкости, используется для привода турбины. Отработавший пар конденсируется и вновь пропускается через теплообменник, создавая тем самым замкнутый цикл. 

Ко второму типу геотермальных  ресурсов (горячие системы вулканического происхождения) относятся магма и непроницаемые горячие сухие породы (зоны застывшей породы вокруг магмы и покрывающие ее скальные породы). Получение геотермальной энергии непосредственно из магмы пока технически неосуществимо. Технология, необходимая для использования энергии горячих сухих пород, только начинает разрабатываться. Предварительные технические разработки методов использования этих энергетических ресурсов предусматривают устройство замкнутого контура с циркулирующей по нему жидкостью, проходящего через горячую породу. Сначала пробуривают скважину, достигающую области залегания горячей породы; затем через нее в породу под большим давлением закачивают холодную воду, что приводит к образованию в ней трещин. После этого через образованную таким образом зону трещиноватой породы пробуривают вторую скважину. Наконец, холодную воду с поверхности закачивают в первую скважину. Проходя через горячую породу, она нагревается, извлекается через вторую скважину в виде пара или горячей воды, которые затем можно использовать для производства электроэнергии одним из рассмотренных ранее способов.

Геотермальные системы третьего типа существуют в тех районах, где  в зоне с высокими значениями теплового потока располагается глубокозалегающий осадочный бассейн. В таких районах, как Парижский или Венгерский бассейны, температура воды, поступающая из скважин, может достигать 100 °С [2].