Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Сонячна енергія

2. Вітрова енергія

3. Енергія води

4. Біопаливо

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Ні для кого не буде новиною те, що в наш час є проблема забруднення навколишнього середовища. Різні заводи, електричні станції, сміття та інше не може не залишати свій негативний вплив на природу. І це є тенденцією, що не може не засмучувати.

Отож, виникає питання чи можна зменшити або усунути негативний вплив людства на навколишнє середовище. В багатьох випадках господарська діяльність людини порушує природну рівновагу, що призводить до швидких змін умов навколишнього середовища, з якими ні людина, ні природа не можуть успішно справитися. Традиційне виробництво енергії, що дає величезні кількості забруднювачів води і повітря, -- один з видів такої діяльності людини.

Тому, актуальним є питання переходу від традиційних джерел енергії до нових, альтернативних, які екологічно менш небезпечні.

Великі надії у світі покладаються на так звані альтернативні джерела енергії, перевага яких полягає в їх відновлюваних і в тому, що це екологічно чисті джерела енергії.

1. Сонячна енергія

Без Сонця не існувало б життя на Землі. Це не тільки джерело світла, і тепла, а й джерело багатьох інших напрямів енергії. Сонячна енергія це кінетична Сонця енергія випромінювання світла, що утворюється в результаті термоядерних реакцій у надрах Сонця.

З історії можна побачити, що енергія Сонця використовувалась з прадавніх часів. Розкопки археологів показали, що в стінах лазень та деяких інших будівель Стародавнього Риму були прокладені канали, по яких проходив тепле повітря від нагрівається сонячним випромінюванням частини будівель і створював комфортну температуру в усіх приміщеннях.

Сонячна енергетика -- це галузь науки і техніки, що розробляє наукові основи, методи та технічні засоби використання енергії сонячного випромінювання на Землі і в космосі для отримання електричної, теплової, а також інших видів енергії, і визначальна області і масштаби ефективного використання енергії Сонця в економіці країни [1 ; с. 10].

З погляду навколишнього середовища і стійкого розвитку ці альтернативні джерела електрики цілком надійні. На жаль, вони ніяк не вирішують проблему скорочення запасів сирої нафти, що, як і раніше, необхідна для транспорту.

Енергія Сонця може використовуватися для безлічі завдань. Одна з них -- це перетворення сонячної енергії в електричну, в так звану сонячну електрику.

Переваги використання сонячної енергії:

а) сонячна енергія, є поновлюваним ресурсом. Хоча Сонце може зникнути за хмарами на мить, і недоступне в нічний час, як правило потім повертається в повній силі;

б) сонячна енергія не забруднює довкілля. На відміну від нафти, використання сонячної енергії не виділяє яких-небудь парникових газів, а також при виробленні її немає шкоди екології шляхом розливу або днопоглиблювальних робіт;

в) електрика і тепло від Сонця є абсолютно безкоштовними;

г) сонячні батареї вимагають дуже малого обслуговування, в значній мірі тому немає рухомих частин, які мають бути збережені;

д) сонячні батареї можуть експлуатуватися все життя;

е) вживання сонячної енергії неймовірне різностороннє. Починаючи від простих калькуляторів і продовжуючи автомобілями, водонагрівачами, фонтанами, будівлями, а також електростанціями і супутниками.

До недоліків відносяться те, що сонячне світло не доступний ресурс в деяких регіонах планети. Крім того, сонячні батареї все ще не дешеві. Звичайно, технічний процес здобуття сонячної енергії буде вдосконалюватися, і вона продовжуватиме здешевлюватися, тоді як витрати на інші види енергії збільшаться.

Згенерована на основі сонячного випромінювання енергія зможе до 2050 року забезпечити 25 % потреб людства в електриці і скоротить викиди вуглекислоти. Як вважають експерти Міжнародного енергетичного агентства (IEA), сонячна енергетика вже через 40 років при відповідному рівні поширення передових технологій буде виробляти близько 9 тисяч терават-годин -- або 25 % всієї необхідної електрики, і це забезпечить скорочення викидів вуглекислого газу на 6 млрд тонн щорічно [2].

2. Вітрова енергія

Вітер виникає на Землі при нерівномірному нагріванні її поверхні Сонцем. Протягом дня повітря над великими водними поверхнями залишається порівняно холодним, так як більша частина енергії сонячного випромінювання витрачається на випаровування води або ж поглинається нею. Над сушею, яка менше поглинає сонячні промені, ніж вода, повітря нагрівається протягом дня більше, він розширюється, легшає і піднімається вгору. Його замінює більш щільне холодне повітря, розташоване над водою. Так в прибережній зоні виникають бризи.

Протягом ночі їх напрямок над прибережними водами змінюється па зворотній, так як суша охолоджується швидше води і відповідно знижується температура розташованого над нею повітря. Холодне повітря, що рухається до моря, витісняє нагріте, який піднімається з поверхні води. Аналогічно спостерігаються бризи з боку гір протягом дня, коли тепле повітря піднімається вздовж схилу, нагрітого Сонцем. Вночі холодне повітря на схилах переміщуеться в долини.

Подібна циркуляція повітряних мас в земній атмосфері спостерігається при більшому нагріванні поверхні Землі поблизу екватора, ніж в районах полюсів. Вітер над холодною поверхнею, що дме від полюсів до екватора, заміщає гаряче повітря, яке піднімається в тропіках і переміщається у верхніх шарах атмосфери у напрямку до полюсів. Ось таким чином і виникає повітря на Землі [3 ; с. 16].

У пошуках альтернативних джерел енергії в багатьох країнах чимало уваги приділяють вітроенергетиці. Вітер служив людству протягом тисячоліть, забезпечуючи енергію для вітрильних суден, для розмелу зерна і перекачування води. В даний час головне місце займає виробництво електроенергії. Уже сьогодні в Данії вітроенергетика покриває близько 2 % потреб країни в електроенергії. У США на декількох станціях працює близько 17 тисяч вітроагрегатів загальною потужністю до 1500 МВт. Вітроенергетичні пристрої випускаються не тільки в США і Данії, але і Великій Британії, Канаді, Японії і деяких інших країнах [3 ; с. 55].

Енергія вітру доступна практично в будь-якій країні й не залежить від коливання цін на викопне паливо, запаси якого невпинно скорочуються. За останні десятиріччя вартість вітрових електроустановок (ВЕУ), витрати на їх встановлення і обслуговування значно знизилися. В майбутньому ці витрати продовжуватимуть зменшуватися.

Для того, щоб будівництво вітроелектростанції виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість вітру в даному районі складала не менш 6 метрів за секунду. Вітродвигуни не слід розраховувати на перехоплення штормових вітрів.

Більш важка проблема регулювання всієї системи електростанцій. Тут бувають періоди, коли генератори виробляють мало енергії чи зовсім її не виробляють. У такий час необхідно десь збільшити вироблення струму звичайною електростанцією, щоб покрити потреби в ньому.

Енергія вітру, також, підпорядкована сезонним змінам погоди: більш ефективна робота вітряка -- взимку, і менш ефективна -- у літні спекотні місяці. Наприклад, у кліматичних умовах Данії фотоелектрична система ефективна на 18 % у січні і на 100 % у липні. Ефективність роботи вітростанції: у липні 55 %, а у січні -- 100 % [4]. Оптимальним варіантом є комбінування в одній системі невеликого вітрогенератора і сонячними модулями. Подібні комбіновані системи забезпечують більш високу продуктивність електроенергії, у порівнянні з окремо встановленими вітровими або фотоелектричними установками.

Існує чимало переваг вітроенергетики, включаючи енергетичні, екологічні, економічні. Сумарна кінетична енергії вітру в світі може бути оцінена як у 80 разів вища від сумарного енергоспоживання людиною! І хоча для енергетичних потреб може бути використана лише певна частка від цього загального показника, майбутній розвиток самої технології має величезний потенціал.

Переваги для довкілля відновлювальне джерело енергії, що зменшує залежність від викопного палива, скорочує рівень викидів парникових та інших шкідливих газів і сприяє боротьбі зі зміною клімату.

Економічні переваги -- енергія вітру доступна практично в будь-якій країні й не залежить від коливання цін на викопне паливо, запаси якого невпинно скорочуються. За останні десятиріччя вартість вітрових електроустановок (ВЕУ), витрати на їх встановлення і обслуговування значно знизилися. В майбутньому ці витрати продовжуватимуть зменшуватися. Встановити невелику ВЕУ можуть дозволити собі навіть кінцеві споживачі, особливо в тих країнах, де існують дотації та пільги на розвиток вітроенергетики. Наприклад, у США існує система стимулювання, коли споживач, який за рахунок вітрових електроустановок виробляє більше енергії, ніж здатен спожити, може продавати її в енергетичну мережу за підвищеним тарифом.

3. Енергія води

Першим джерелом енергії в історії людства була вода, використовувалась вона для обертання лопатних коліс і турбін. Понад 2 тисячі років тому горці на Ближньому Сході вже користувалися водяним колесом у вигляді валу з лопатками: потік води, відведений зі струмка або річки, тиснув на лопатки, передаючи їм свою кінетичну енергію.

Переваги гідроелектростанцій очевидні: постійно відновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища.

Витрати на будівництво ГЕС великі, але вони компенсуються тим, що не доводиться платити за джерело енергії -- воду. Потужність сучасних ГЕС, спроектованих на високому інженерному рівні, перевищує 100 МВт, а К.П.Д. складає 95 %. Така потужність досягається при досить малих швидкостях обертання ротора, тому сучасні гідротурбіни вражають своїми розмірами [5].

Але поки людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і танення снігів, стікають в моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою дамб, людство одержало б додатково колосальну кількість енергії.

На гідростанціях звичайного типу вода з водоймища надходить униз через довгий прямий канал, називаний напірним трубопроводом, і направляється на горизонтальні обертові лопатки турбіни. Вертикальний вал турбіни з'єднаний із блоком генератора. На типовій станції використовується багато турбо-генераторних агрегатів. Коефіцієнт корисної дії нерідко складає близько 60-70 %, тобто 60-70 % енергії падаючої води перетворюється в електричну енергію. Спорудження гідростанцій обходиться дорого, і вони вимагають експлуатаційних витрат, але зате працюють на безкоштовному «паливі», якому не загрожує ніяка інфляція. Першоджерелом енергії служить сонце, що випаровує воду з океанів, озер і річок. Водяна пара конденсується у вигляді дощу, що випадає в підвищених місцевостях і стікає вниз до моря. Гідростанції встають на шляху цього стоку і перехоплюють енергію води, що рухається -- енергію, що інакше була б витрачена на перенос відкладів до моря.

Припливи -- це результат гравітаційного притягання великих мас води океанів з боку Місяця і, у меншому ступені, Сонця. У припливах і відпливах, що змінюють один одного двічі на день, також зосереджена величезна енергія. При обертанні Землі частина води океану піднімається і якийсь час утримується в цьому положенні гравітаційним притяганням. Коли «горб» підйому води досягає суші, як це повинно відбуватися внаслідок обертання Землі, настає приплив. Припливи і відпливи повторюються двічі на добу, хоча їхній точний час змінюється в залежності від сезону і положення Місяця. Середня висота припливу складає усього лише 0,5 м, за винятком тих випадків, коли водяні маси переміщаються у відносно вузьких межах. У таких випадках виникає хвиля, висота якої може в 10-20 разів перевищувати нормальну висоту припливного підйому.

Амплітуда припливу може збільшуватися усього лише на 30 см, але навіть така невелика зміна загрожує серйозними наслідками. Припливні води, що надходять, можуть піднятися на 15 см, а це здатне привести до вторгнення морської води в прибережні колодязі і створити загрозу для будівель, розташованих поблизу верхньої відмітки припливу. Звичайно, місцеві втрати залежать від крутизни схилу і характеру берега. Відплив, що може виявитися нижче на 15 см, здатний утруднити доступ до човнів і до води з причалів. Зі збільшенням амплітуди припливів виникнуть посилені припливні плини, на 5-10 % більш швидкі, що може привести до розмивання і переносу піщаних відмілин і до заповнення піском існуючих судноплавних рукавів, а в результаті до необхідності складання нових навігаційних карт. Але в цьому випадку судна незабаром почнуть застрявати, у міру того як проходи будуть змінюватися через переміщення піску [6].

4. Біопаливо

енергія сонце біопаливо повітряний

В наш час відходи оцінюються як один з можливих додаткових джерел енергії. Мабуть, саме використання залишків і відходів дозволить окремим районам України задовольнити значну частину своїх потреб в енергії. У зв'язку з цим важливого значення набуває географія накопичення залишків і відходів.

При прогнозуванні енергетичного потенціалу залишків, включаючи відходи, слід мати на увазі, що джерелом енергії може бути лише органічна частина залишків. У даному випадку маються на увазі не тільки продукти біологічного походження, так як принаймні 70 % загальної кількості сільськогосподарських і міських залишків у США являють собою горючі матеріали; для отримання енергії може бути використана лише частина горючих залишків через їх нерівномірний розподіл; необхідні точні дані про темпи накопичення сільськогосподарських і міських відходів та їх кількості, як правило, відсутні; деякі горючі відходи, придатні для використання в якості джерел енергії [7 ; с. 9].

Біомаса -- це джерело енергії, яке існує з найдавнішніх часів, однак її використання до недавнього часу зводилося до прямого спалювання при відкритому вогні або в печах і топках з відносно низьким к.к.д. Під біомасою розуміються органічні речовини, які утворюються в рослинах в результаті фотосинтезу і можуть бути використані для отримання енергії, включаючи всі види рослинності, рослинні відходи сільського господарства, деревообробної та інших видів промисловості.

Біопаливо -- це паливо, яке отримують, як правило, з біологічної сировини, в якості якої використовують стебла цукрової тростини або насіння ріпаку, кукурудзи, сої, целюлоза, різні типи органічних відходів.

Розрізняють тверде біопаливо (дрова, солома), рідке біопаливо (етанол, метанол, біодизель), і газоподібне біопаливо (біогаз, водень).

Дрова -- найдавніше паливо. Нині для виробництва дров або біомаси вирощують енергетичні ліси, які складаються з швидкозростаючих рослин. Через значне зростання цін на нафту останнім часом населення багатьох країн скорочує споживання нафтового палива і збільшує використання дров. Це призводить до винищення лісів.

Тверді енергоносії біологічного походження брикетують, сушать і спалюють в камінах житлових будинків і топках теплових електростанцій, виробляючи дешеву електрику для побутових і виробничих потреб. Відходи деревини з мінімальним ступенем підготовки до спалювання (тирса, кора, лушпиння, солома тощо) пресують в паливні брикети або в пелети, які мають форму циліндричних або сферичних гранул.

Біоетанол -- це звичайний етанол, який отримують шляхом переробки рослинної сировини і використовують як біопаливо. Етанол (етиловий спирт) -- C2H5OH або CH3-CH2-OH, другий представник гомологічного ряду одноатомних спиртів, у просторіччі -- спирт або алкоголь.

Існує 2 основних способи отримання етанолу -- мікробіологічний (спиртове бродіння) і синтетичний (гідратація етилену). Наслідком бродіння є розчин, що містить не більше 15 % етанолу, оскільки в більш концентрованих розчинах дріжджі зазвичай гинуть. Отриманий таким чином етанол потребує очищення і концентрування, звичайно шляхом дистиляції. У промислових масштабах етиловий спирт отримують із сировини, що містить целюлозу (деревина, солома), яку попередньо гідролізують. Суміш, що утворилася при цьому, піддають спиртовому бродінню [7].

Біогаз -- продукт зброджування органічних відходів (біомаси), що представляє суміш метану і вуглекислого газу. Розкладання біомаси відбувається під впливом бактерій класу метаногенів.

Важливою перевагою альтернативної технології є те, що перетворення енергії біомаси відбувається з високою енергетичною ефективністю. Енергетична ефективність перетворення енергії біомаси в енерготехнологічній установці ЕТД-1 становить 90 %. Якщо прийняти, що енергетична ефективність використання на ТЕЦ енергії продуктів термохімічної переробки, що утворюються в ЕТД-1, дорівнює 75 %, то загальна енергетична ефективність складе 67,5 % [8].

Таким чином, можна констатувати, що енергетична ефективність альтернативної технології майже вдвічі вище традиційної.

Якщо дивитися в майбутнє то вже сьогодні можна стверджувати, що біоенергетика побудована на альтернативній технології буде має незаперечну перевагу в порівнянні з традиційною технологією. Справа в тому, що вже зараз проглядається така тенденція розвитку автомобілебудування, яка передбачає перехід транспортних засобів з рідкого палива на електроенергію. Про це свідчить, наприклад те, що вже в даний час, компанія Tesla Motors почала серійний випуск автомобіля Tesla Roadster з пробігом до 350 км на одній зарядці і те, що передбачається в наступному році світове виробництво електромобілів довести до 300 тисяч одиниць в рік.

За оцінками Стенфордського університету в усьому світі з сільськогосподарського обороту виведено 385-472 мільйона гектарів землі [8]. Вирощування на цих землях сировини для виробництва біопалива дозволить збільшити частку біопалива до 8 % у світовому енергетичному балансі. На транспорті частка біопалива може скласти від 10 % до 25 %.

Висновки

Інтерес до нових джерел виник в першу чергу через різке збільшення цін на паливо, труднощі з його одержанням, виснаження паливних ресурсів

Атомна енергетика в наш час дуже широко використовується, але можна припустити, що в наступному сторіччі людство прагнутиме до “чистої” енергетики, до того ж, така енергетика може стати рентабельнішою за традиційну. Всі ці видимі ознаки енергетичної кризи виникають час від часу останніми роками.

Методи добування електроенергії з енергії хвиль, сонця та вітру є досить широко розробленими, хоча теорія використовуваних явищ не завжди дає точні кількісні результати.

Проблема полягає в низькій ефективності перетворення енергії а також високій початковій вартості електростанції. Проте з вичерпанням традиційних джерел енергії, та розвитком альтернативних технологій, використання наведених джерел енергії має стати економічно вигідним. Використання альтернативних джерел енергії є важливим як в національному, так і міжнародному масштабі -- з точки зору реакції на глобальні кліматичні зміни та покращення енергетичної безпеки.

Список використаної літератури

1. Виссарионов В. И. Солнечная энергетика: учеб. пособие для вузов / В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова : под ред. В. И. Виссарионова. -- Москва : Издательский дом МЭИ, 2008. -- 276 с.

2. Магомедов А. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии / А. Магомедов. -- Махачкала : Издательско-полиграфическое объединение «Юпитер», 1996. -- 245 с.

3. Шефтер Я. И. Ветроэнергетика / Под ред. Д. де Рензо: [пер. с англ Я. И. Шефтер]. -- Москва : Энергоатомиздат, 1982. -- 272 с.

4. Кармішин О. В. Вітер та його використання: / О. В. Кармішин. -- Державне видавництво технічної літератури УРСР, 1952. -- 53 с.

5. Принцип действия приливных электростанций [Електрон. ресурс] / А. С Костейчук. -- Режим доступу : http://alternativenergy.ru/energiya/30-prilivnaya-elektro-stanciya.html.

6. Гармаев. Б. Электрогенератор, использующий энергию морских волн [Електрон. ресурс] : Б. Гармаев // «Компьюлента» 26. 05. 2012. -- Режим доступа до журн. : http://science.compulenta.ru/39640.

7. Заборски О. Биомасса как источник энергии / О. Заборски ; [пер. з англ. С. Соуфер]. -- Москва : Мир, 1985. -- 368 с.

8. Климчук М. М. Розвиток ринку твердого біопалива в Україні / М. М. Климчук. -- Чернівці : Рута: 2012. - 147 с.

Размещено на Allbest.ru