Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Направления альтернативной энергетики

1.1 Альтернативный источник энергии

1.1.1 Ветроэнергетика

1.1.2 Биотопливо

1.1.3 Гелиоэнергетика

1.1.4 Альтернативная гидроэнергетика

1.1.5 Геотермальная энергетика

1.1.6 Мускульная сила человека

1.1.7 Грозовая энергетика

1.1.8 Управляемый термоядерный синтез

1.1.9 Классификация источников

1.2 Направления альтернативной энергетики помимо использования нетрадиционных источников энергии

1.2.1 Распределённое производство энергии

1.2.2 Водородная энергетика

1.2.3 Космическая энергетика

2. Ветроэнергетика

2.1 История использования энергии ветра

3. Биотопливо

3.1 Виды биотоплив

3.1.1 Поколения растительных биотоплив

3.1.2 Виды топлив

3.2 Твердое биотопливо

3.3 Биодизель(пример жидкого биотоплива)

3.4 Газообразное топливо

3.5 Биотопливо второго поколения

3.6 Биотопливо третьего поколения

3.7 Краткая историческая справка

3.8 Достоинства и недостатки биоэнергетики

4. Солнечная энергетика

4.1 Земные условия

4.2 Преимущества и недостатки

4.2.1 Преимущества

4.2.2 Недостатки

5. Гидроэнергетика

5.1 Немного из истории

5.2 Преимущества и Недостатки

5.2.1 Преимущества

5.2.2 Недостатки

6. Геотермальная энергетика

6.1 Достоинства и недостатки

7. Грозовая энергетика

7.1 Экспериментальные установки

7.2 Исследования грозовой активности

7.3 Проблемы в грозовой энергетике

энергетика альтернативный энергия ветер

Введение

В наше время людям требуется всё больше и больше энергии, поскольку они придумывают всё больше и больше новых изобретений, для которых требуется энергия.

Энергетика зародилась много миллионов лет назад, когда люди научились добывать огонь: они охотились с помощью огня, получали свет и тепло, и он служил источником жизни на протяжении многих лет.

Меня заинтересовала именно эта тема, потому что с каждым годом количество не возобновляемых источников энергии становиться всё меньше и меньше, а современные альтернативные источники энергии могут послужить решением этой проблемы. Т.е. человечество не лишиться привычного образа жизни из-за отсутствия энергии. А также использование экологически-чистых источников энергии, позволяет нам не вредить окружающей среде, в такой мере, как при использовании других источников энергии.

В своей роботе я хочу рассмотреть различные виды современных альтернативных источников энергии. Классификацию, иногда историю развития и происхождения, преимущества и недостатки у разных видов источников энергии.

1. Направления альтернативной энергетики

1.1 Альтернативный источник энергии

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии -- «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию» [1]. Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии -- потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

1.1.1 Ветроэнергетика

В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их используют в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае. Дания получает 25 % энергии из ветра.

· Автономные ветрогенераторы

· Ветрогенераторы, работающие параллельно с сетью

1.1.2 Биотопливо

· Жидкое: Биодизель, биоэтанол.

· Твёрдое: древесные отходы и биомасса (щепа, гранулы (топливные пеллеты) из древесины, лузги, соломы и т. п., топливные брикеты)

· Газообразное: биогаз, синтез-газ.

1.1.3 Гелиоэнергетика

Солнечные электростанции(СЭС) работают более чем в 80 странах.

· Солнечный коллектор, в том числе Солнечный водонагреватель, используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.

· Фотоэлектрические элементы

1.1.4 Альтернативная гидроэнергетика

· Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах -- Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае.

· Волновые электростанции

· Мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)

· Водопадные электростанции

· Аэро ГЭС[3][4] (конденсация/сбор водяного пара из атмосферы и гидравлический напор 2-3 км)

1.1.5 Геотермальная энергетика

Используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии. На геотермальных электростанциях вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.

· Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)

· Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)

1.1.6 Мускульная сила человека

Хотя мускульная сила является самым древним источником энергии, и человек всегда стремился заменить её чем-то другим, в настоящее время её значение растёт вместе с ростом использования велосипеда.

1.1.7 Грозовая энергетика

Грозовая энергетика -- это способ использования энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Компания Alternative Energy Holdings 11 октября 2006 года объявила о создании прототипа модели, которая может использовать энергию молнии. Предполагалось, что эта энергия окажется значительно дешевле энергии, полученной с помощью современных источников, окупаться такая установка будет за 4--7 лет. [5] [6]

1.1.8 Управляемый термоядерный синтез

Синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который носит управляемый характер. До сих пор не применяется.

1.1.9 Классификация источников

Источники энергии, используемые человеком

Способ использования	Энергия, используемая человеком	Первоначальный природный источник
Солнечные электростанции	Электромагнитное излучение Солнца	Солнечный ядерный синтез
Ветряные электростанции	Кинетическая энергия ветра	Солнечный ядерный синтез, Движения Земли и Луны
Традиционные ГЭС Малые ГЭС	Движение воды в реках	Солнечный ядерный синтез
Приливные электростанции	Движение воды в океанах и морях	Движения Земли и Луны
Волновые электростанции	Энергия волн морей и океанов	Солнечный ядерный синтез, Движения Земли и Луны
Геотермальные станции	Тепловая энергия горячих источников планеты	Внутренняя энергия Земли
Сжигание ископаемого топлива	Химическая энергия ископаемого топлива	Солнечный ядерный синтез в прошлом.
Сжигание возобновляемого топлива традиционное нетрадиционное	Химическая энергия возобновляемого топлива	Солнечный ядерный синтез
Атомные электростанции	Тепло, выделяемое при ядерном распаде	Ядерный распад

1.2 Направления альтернативной энергетики помимо использования нетрадиционных источников энергии

1.2.1 Распределённое производство энергии

Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии.

1.2.2 Водородная энергетика

На сегодняшний день для производства водорода требуется больше энергии, чем возможно получить при его использовании, поэтому считать его источником энергии нельзя. Он является лишь средством хранения и доставки энергии.

· Водородные двигатели (для получения механической энергии)

· Топливные элементы (для получения электричества)

· Биоводород

1.2.3  Космическая энергетика

Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на околоземной орбите или на Луне. Электроэнергия будет передаваться на Землю в форме микроволнового излучения[7]. Может способствовать глобальному потеплению. До сих пор не применяется.

2. Ветроэнергетика

Ветроэнергетика -- отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. В середине 2014 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 336 гигаватт. В 2010 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2013 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 33 % всего электричества, в Португалии -- 23 %; на 2011 год -- в Ирландии -- 14 %,, в Испании -- 16 % и в Германии -- 8 %. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

2.1 История использования энергии ветра

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в XIII веке принесены в Европу крестоносцами.

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы.

Толедо -- 1526 г., Глочестер -- 1542 г., Лондон -- 1582 г., Париж -- 1608 г., и др. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в XIX веке в Дании. Там в 1890 году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941 году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.

В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги.

Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.

3. Биотопливо

Биотопливо -- топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

3.1 Виды биотоплив

3.1.1 Поколения растительных биотоплив

Растительное сырье разделяют на поколения.

· Первыми начали использовать традиционные сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры хорошо перерабатываются в биодизель. Растительные крахмалы и сахара перерабатываются на этанол. Однако такое сырье оказалось крайне неудобным: помимо затратного землепользования с истощением почв и высокими потребностями в обработке почв, удобрениях и пестицидах его изъятие с рынка прямо влияет на цену пищевых продуктов. Такое сырье относят к первому поколению.

· Непищевые остатки культивируемых растений, травы и древесина стали вторым поколением сырья. Его получение гораздо менее затратно чем у культур первого поколения. Такое сырье содержит целлюлозу и лигнин. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. Основные недостатки второго поколения сырья -- занимаемые земельные ресурсы и относительно невысокая отдача с единицы площади.

· Третье поколение сырья -- водоросли. Не требуют земельных ресурсов, могут иметь большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства.

3.1.2 Виды топлив

Биотоплива разделяют на твердые, жидкие и газообразные.

· Твердые -- это традиционные дрова (часто в виде отходов деревообработки) и топливные гранулы (прессованные мелкие остатки деревообработки).

· Жидкие топлива -- это спирты (метанол, этанол, бутанол), эфиры, биодизель и биомазут.

· Газообразные топлива -- различные газовые смеси с угарным газом, метаном, водородом получаемые при термическом разложении сырья в присутствии кислорода (газификация), без кислорода (пиролиз) или при сбраживании под воздействием бактерий.

3.1.3 Твердое биотопливо

· Дрова -- древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время в мире для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород (тополь, эвкалипт и др.). В России на дрова и биомассу в основном идет балансовая древесина, не подходящая по качеству для производства пиломатериалов.

· Топливные гранулы и брикеты -- прессованные изделия из древесных отходов (опилок, щепы, коры, тонкомерной и некондиционной древесины, порубочные остатки при лесозаготовках), соломы, отходов сельского хозяйства (лузги подсолнечника, ореховой скорлупы, навоза, куриного помета) и другой биомассы. Древесные топливные гранулы называются пеллеты, они имеют форму цилиндрических или сферических гранул диаметром 8--23 мм и длиной 10--30 мм. Например, в настоящее время в России производство топливных гранул и брикетов экономически выгодно только при больших объемах.

· Энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз и т. п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое электричество.

· Отходы биологического происхождения -- необработанные или с минимальной степенью подготовки к сжиганию: опилки, щепа, кора, лузга, шелуха, солома и т. д.

· Древесная щепа -- производится путем измельчения тонкомерной древесины или порубочных остатков при лесозаготовках непосредственно на лесосеке или отходов деревообработки на производстве при помощи мобильных рубительных машин или с помощью стационарных рубительных машин (шредеров). В Европе щепу в основном сжигают на крупных теплоэлектростанциях мощностью от одного до нескольких десятков мегаватт.

3.2 Биодизель(пример жидкого биотоплива)

Биодизель -- топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

3.3 Газообразное топливо

· Биогаз -- продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.

· Биоводород -- водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.

· Метан синтезируется после очистки от всевозможных примесей так называемого синтетического природного газа из углеродосодержащего твердого топлива, такого как уголь или древесина. Этот экзотермический процесс происходит при температуре от 300 до 450 °C и давлении 1?5 бар в присутствии катализатора. В мире уже имеется несколько введенных в эксплуатацию установок получения метана из древесных отходов.

3.4 Биотопливо второго поколения

Биотопливо второго поколения -- различное топливо, полученное различными методами пиролиза биомассы, или прочие виды топлива, помимо метанола, этанола, биодизеля произведенное из источников сырья «второго поколения».

Источниками сырья для биотоплива второго поколения являются лигно-целлюлозные соединения, остающиеся после того, как пригодные для использования в пищевой промышленности части биологического сырья удаляются. Использование биомассы для производства Биотоплива второго поколения направленно на сокращение количества использованной земли, пригодной для ведения сельского хозяйства. К растениям -- источникам сырья второго поколения относятся:

· Водоросли -- являющиеся простыми организмами, приспособленными к росту в загрязненной или соленой воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы);

· Рыжик (растение) -- растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами.

· Jatropha curcas или Ятрофа -- растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40 % в зависимости от вида.

Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций.

Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH.

По оценкам Германского Энергетического Агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH) (при ныне существующих технологиях) производство топлив пиролизом биомассы может покрыть 20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году, с развитием технологий, пиролиз биомассы может обеспечить 35 % германского потребления автомобильного топлива. Себестоимость производства составит менее €0,80 за литр топлива.

Создана «Пиролизная сеть» (Pyrolysis Network (PyNe) -- исследовательская организация, объединяющая исследователей из 15 стран Европы, США и Канады.

Весьма перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70 % живичного скипидара, 25 % метанола и 5 % ацетона, то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины сосны, с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Причем для перегонки применяются отходы дереводобычи: сучья, пень, кора. Выход топливных фракций -- до 100 килограммов с тонны отходов.

3.5 Биотопливо третьего поколения

Биотопливо третьего поколения -- топлива, полученные из водорослей.

Департамент Энергетики США с 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 мІ. Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 гр. водорослей с 1 мІ в день. 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США. 200 тысяч гектаров -- это менее 0,1 % земель США, пригодных для выращивания водорослей. У технологии ещё остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур. В конце 1990-х годов технология не попала в промышленное производство из-за низкой стоимости нефти.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭС способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.

3.6 Краткая историческая справка

Биотопливо использовалось с тех пор, как люди научились контролировать огонь, что, в свою очередь, привело к использованию древесины для приготовления пищи и отопления жилищ. Действительно, до первой половины двадцатого века (1900 год) биотопливо оставалось основным источником производства и использования энергии человеком. В 1900 году Рудольф Дизель, изобретатель дизельного двигателя, использовал масло земляного ореха в качестве топлива для своего изобретения. А примерно в тоже время в США Генри Форд использовал этанол, полученный при переработке кукурузы, в качестве топлива для своих первых автомобилей модели-T.

Поскольку в двадцатом веке топливо, производимое из ископаемого сырья, стало широкодоступным и сравнительно недорогим, производство и использование биотоплива утратили популярность. И, за исключением усиления внимания к использованию биотоплива в период Второй мировой войны, биотопливо преимущественно считалось ненужным, учитывая широкую доступность топлива за счет роста сложного производства и глобальных систем поставок.

Серьезное внимание к вопросам производства и использования биотоплива вновь возникло в начале 1970-х годов в США в связи с введением эмбарго на экспорт нефти из арабских стран в 1973-1974 годах и Иранской революцией 1978-1979 годов. К январю 1981 года мировая цена на сырую нефть выросла на 125 % по сравнению с ценой 1979 года.

С тех пор основные потребители ископаемого топлива, в особенности ЕС и США, все больше проникаются сознанием того, что помимо риска перебоев в поставках в периоды политической нестабильности в региона, являющихся основными поставщиками ископаемого топлива, запасы такого топлива сокращаются. Более того, по мере того, как ЕС и США начали отражать вопросы охраны окружающей среды в своей нормативно-правовой базе, особенно в части необходимости сокращать выбросы углерода, возросла привлекательность производства и использования биотоплива.

3.7 Достоинства и недостатки биоэнергетики

Полноценное и последовательное развитие мировой биоэнергетики невозможно без получения исчерпывающей и достоверной информации о достоинствах и преимуществах этого вида альтернативных источников энергии.

Преимущества биотоплива всем известны. Ведь производить биотопливо можно из самых разных органических материалов. А это означает, что развитие биоэнергетики, в отличие от других видов альтернативных источников энергии, возможно в любом регионе или стране мира, вне зависимости от климатических условий или рельефа.

Кроме того, производство биотоплива поможет решить проблемы, связанные с утилизацией мусора. Это означает, что есть реальные перспективы решения весьма важной проблемы, которая уже давно заботит многих учёных, политиков и простых людей во всём мире.

Теперь то, что представляло угрозу экологической безопасности планеты и являлось головной болью многих землян, может принести неоценимую пользу. Но всё так просто.

Наряду с очевидными преимуществами, существуют и недостатки биоэнергетики. Так, многие учёные опасаются уничтожения лесов и нанесения вреда окружающей среде.

В то же время, по мнению, некоторых исследователей, массовое выращивание растений, предназначенных для производства биотоплива, способно истощить плодородные земли и послужить причиной голода во многих странах третьего мира.

Это понимают многие, и все перечисленные факторы тормозят развитие биоэнергетики. Конечно, указанные недостатки серьёзны и требуют тщательного изучения.

4. Солнечная энергетика

Солнечная энергетика -- направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

4.1 Земные условия

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 мІ, расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/мІ (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) -- 1020 Вт/мІ. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.

Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения -- уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

· фотовольтаика -- получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;

· гелиотермальная энергетика -- нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP -- Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч солнца. Этот луч солнца используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости, которая расходуется для электрогенерации по аналогии с обычными ТЭЦ или накапливается для сохранения энергии. Преобразование солнечной энергии в электричество осуществляется с помощью тепловых машин:

· двигатель Стирлинга;

· термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).

· солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество -- запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

4.2 Преимущества и недостатки

4.2.1 Преимущества

· Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.

· Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

4.2.2 Недостатки

· Зависимость от погоды и времени суток.

· Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах.

· Как следствие, необходимость аккумуляции энергии.

· При промышленном производстве -- необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности.

· Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).

· Необходимость периодической очистки отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения.

· Нагрев атмосферы над электростанцией.

5. Гидроэнергетика

Гидроэнергетика -- область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию.

5.1 Немного из истории

Гидроэнергия, равно как и мускульная энергия людей и животных, а также солнечная энергия, используется очень давно. Упоминание об использовании энергии воды на водяных мельницах для помола зерна и дутья воздуха при выплавке металла относится к концу II в. до н. э. С течением столетий размеры и эффективность водяных колёс увеличились. В XI в. в Англии и Франции одна мельница приходилась на 250 человек. В это время сфера применения мельниц расширилась. Они стали использоваться в сукновальном производстве, при варке пива, распилке леса, для работы откачивающих насосов, на маслобойнях. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. В этом году русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский, эмигрировавший в Германию по причине «политической неблагонадёжности», должен был демонстрировать на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне изобретённый им двигатель переменного тока. Этот двигатель мощностью около 100 киловатт в эпоху господства постоянного электрического тока сам по себе должен был стать гвоздём выставки, но изобретатель решил для его питания построить ещё и совершенно неожиданное по тем временам сооружение - гидроэлектростанцию. В небольшом городке Лауффен Доливо-Добровольский установил генератор трёхфазного тока, который вращала небольшая водяная турбина. Электрическая энергия передавалась на территорию выставки по невероятно протяжённой для тех лет линий передачи длиной 175 километров (это сейчас линии передач длиной в тысячи километров никого не удивляют, тогда же подобное строительство было единодушно признано невозможным). Всего за несколько лет до этого события виднейший английский инженер и физик Осборн Рейнольдс в своих Канторовских лекциях неопровержимо, казалось бы доказал, что при передаче энергии по средствам трансмиссии потери энергии составляют всего лишь 1,4% на милю, в то время как при передачи электрической энергии по проводам на такое же расстояние потери составят 6%. Опираясь на данные опытов, он сделал вывод о том, что при использовании электрического тока на другом конце линии передачи вряд ли удастся иметь более15-20% начальной мощности. В то же время, считал он, можно быть уверенным в том, что при передаче энергии приводным тросом сохранится 90% мощности. Этот «неоспоримый» вывод был успешно опровергнут практикой работы первенца гидроэнергетики в Лауффене.

Но эра гидроэнергетики тогда ещё не наступила. Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колёс мог бы оказать не малую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалось задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за турбиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объём гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале ХХ века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Это было лишь началом. Освоение гидроэнергоресурсов осуществлялось быстрыми темпами, и в 30-е годы ХХ века была завершена реализация таких крупных проектов, как ГЭС Гувер в США мощностью 1,3 Гиговатт. Строительство подобных мощных ГЭС вызвало рост использования энергии в промышленно развитых странах, а это, в свою очередь, дало толчок программам освоения крупных гидроэнергетических потенциалов.

В настоящее время использование энергии воды по-прежнему остается актуальным, а основным направлением является производство электроэнергии.

5.2 Преимущества и Недостатки

5.2.1 Преимущества

· использование возобновляемой энергии.

· очень дешевая электроэнергия.

· работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

· быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

5.2.2 Недостатки

· затопление пахотных земель

· строительство ведётся там, где есть большие запасы энергии воды

· на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов

· сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелётных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.

6. Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика -- направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.

Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика.

6.1 Достоинства и недостатки

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным [источник не указан 1186 дней], в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м2 с температурой воды 70--90 °С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.

Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

7. Грозовая энергетика

Грозовая энергетика -- это способ получения энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Данный вид энергетики использует возобновляемый источник энергии и относится к альтернативным источникам энергии.

7.1 Экспериментальные установки

Компания Alternative Energy Holdings 11 октября 2006 года объявила об успешном развитии прототипа модели, которая может продемонстрировать возможности «захвата» молнии для дальнейшего её превращения в электроэнергию. Молния является чистой энергией, и её применение будет не только устранять многочисленные экологические опасности, но также будет значительно уменьшать дороговизну производства энергии. Также компания сообщила, что окупаться такая установка будет за 4--7 лет, молниевые фермы смогут производить и продавать электроэнергию по цене всего $ 0,005 за киловатт-час, что значительно дешевле производства энергии с помощью современных источников.

7.2 Исследования грозовой активности

В 2006 году специалисты, работающие со спутником NASA «Миссия измерения тропических штормов», опубликовали данные по количеству гроз в разных регионах планеты. По данным исследования стало известно, что существуют районы, где в течение года происходит до 70 ударов молний в год на квадратный километр площади.

7.3 Проблемы в грозовой энергетике

Молнии являются очень ненадёжным источником энергии, так как заранее нельзя предугадать, где и когда случится гроза.

Ещё одна проблема грозовой энергетики состоит в том, что разряд молнии длится доли секунд и, как следствие, его энергию нужно запасать очень быстро. Для этого потребуются мощные и дорогостоящие конденсаторы. Также могут применяться различные колебательные системы с контурами второго и третьего рода, где можно согласовывать нагрузку с внутренним сопротивлением генератора.

Молния является сложным электрическим процессом и делится на несколько разновидностей: отрицательные -- накапливающиеся в нижней части облака и положительные -- собирающиеся в верхней части облака. Это тоже надо учитывать при создании молниевой фермы.

Заключение

Закончив работу над своим рефератом, могу сказать, что в ходе исследования удалось выяснить многое о происхождении некоторых альтернативных источников энергии, а также выяснить недостатки и преимущества разных видов альтернативных источников энергии. Мне удалось классифицировать современные источники энергии. А также мной был сделан вывод, что изучение и развитие современных альтернативных источников энергии позволит нам в будущем не лишиться энергии, в результате нехватки невозобнавляемых источников энергии, а позволит нам процветать и не вредить нашей окружающей среде.

Полезность проведенной мною работы, заключается в том, что на примере моего реферата можно увидеть плюсы и минусы развития некоторых из современных альтернативных источников энергии, а также узнать много нового о количестве и происхождении некоторых из них.

Список использованной литературы

1. Самойлов, М.В. Основы энергосбережения: учебное пособие / М.В. Самойлов, А.Н. Ковалёв. Минск: БГЭУ, 2002. 198 с.

2. Оценка способов передачи электроэнергии: метод. пособие / А.И. Навоша [и др.]. Минск: БГУИР, 2007. 18 с.

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Альтернативная_энергетика.

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ветроэнергетика.

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотопливо.

6. http://greenlogic.by/content/files/UNEP/Biofuel_report_Belarus_final_Rus.pdf.

7. http://benergy.org/advantages.php.

8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гелиоэнергетика.

9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидроэнергетика.

10. https://ru.wikipedia.org/wiki/Геотермальная энергетика.

11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Грозовая энергетика.

Размещено на Allbest.ru

...