Волновая электростанция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Альтернативные источники энергии. Волновая электростанция

ВВЕДЕНИЕ

Современные исследования энергетики показали, что запасы многих органических источников энергии истощаются с каждым годом в больших количествах. В связи с этим поиск новых месторождений и новых видов топлива в настоящее время играет первостепенную роль в обеспечении энергией весь мир и отдельные жизненно важные объекты.

Подходящим подходом к дальнейшему развитию человечества является поиск новых источников энергии. В настоящее время ведутся поиски совершенно новых источников энергии. Такими примерами стали энергия Солнца, волн, ветра или альтернативные источники энергии (АИЭ).

1. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Большая часть ресурсов Земли истощена, месторождения опустошены. Новые разрабатываемые месторождения не меняют ситуацию в мировой энергетике, лишь оттягивая неминуемый исход. Ведь энергетика находится на первом месте в употреблении и преобразовании. От нее в решающей мере зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, благополучие государств. Все это оказывает пагубное влияние в состояние нашей планеты в целом как с точки зрения человечества, так и с точки зрения природы. энергия волновой электростанция

1.1 ВИДЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Все существующие виды топливной энергии в природе подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. В отопительных приборах, для нагрева теплоносителя также применяется тепловое действие электрического тока.

Некоторые группы топлива, в свою очередь, подразделяются на две подгруппы, из которых одна подгруппа представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; вторая подгруппа - топливо, которое получается путем переработки или обогащения естественного природного топлива; это называется искусственное топливо.

Все виды органического природного топлива состоят из одних и тех же химических элементов. Разница между видами топлива состоит в том, что эти химические элементы содержатся в топливе в разном количестве.

Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы.

1 группа: это те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К подобным элементам топлива относятся углерод, водород и кислород.

2 группа: это те элементы, которые сами не горят и не способствуют горению но они входят в состав топлива; к ним относятся азот и вода.

Особое место от названных элементов занимает сера. Сера является горючим веществом и при горении выделяет определённое количества тепла, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.

Количество тепловой энергии, которое выделяет топливо при горении, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м³ газообразного топлива, называется как теплотворная способность топлива или теплота сгорания топлива. Теплота сгорания различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплота сгорания составляет около 10000 ккал/кг, для угля 3000 - 7000 ккал/кг. Чем выше теплота сгорания топлива, тем топливо ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива или для производства расчётов расхода количества того или иного топлива применяется общая единица измерения или эталон топлива. В качестве такой единицы принято топливо Московского угля, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условное топливо. Для производства расчётов и сравнения расходов топлива различной теплоты сгорания необходимо знать калорийность топлива. К примеру, при проектировании, когда необходимо сравнить расход угля с расходом мазута и целесообразность строительства угольной или мазутной котельной необходимо учесть поправочный коэффициент на калорийность топлива.

Таким образом, несмотря на большое разнообразие топливных ресурсов, их количество, прогнозы специалистов показывают, что их хватит ненадолго в ближайшее время, а продолжающиеся поиски месторождений наносят непоправимый вред окружающей среде.

1.2 ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

Развитие индустриального общества опирается на постоянно растущий уровень производства и потребления различных видов энергии.

Как известно, в основе производства тепловой и электрической энергии лежит, как было сказано выше, процесс сжигания ископаемых энергоресурсов - угля, нефти или газа, а в атомной энергетике - деление ядер атомов урана и плутония при поглощении нейтронов.

Добыча, обработка и потребление энергоресурсов, металлов, воды и воздуха растет с большими требованиями человечества, при этом их запасы стремительно сокращаются. Особенно остро стоит проблема не возобновляемых органических ресурсов планеты.

Мировые запасы энергоресурсов оцениваются величиной 355 Q, где Q - единица тепловой энергии, равная Q = 2,521017 ккал = 36109 тонн условного топлива /т.у.т./, топлива с калорийностью 7000 ккал/кг, так что запасы энергоресурсов составляют 12,81012 т.у.т.

Из этого количества примерно одна треть (что составляет ~ 4,31012 т.у.т.) может быть извлечена с использованием современной техники при умеренной стоимости топливодобычи. С другой стороны, современные потребности в энергоносителях составляют 1,11010 т.у.т. в год и растут со скоростью 3-4% в год, то есть удваиваются каждые 20 лет.

Не составляет никакого труда догадаться, что органические ископаемые ресурсы, даже при вероятном замедлении темпов роста энергопотребления, будут в значительной мере израсходованы в самом ближайшем будущем.

Отметим также, что при сжигании ископаемых углей и нефти, обладающих сернистостью около 2,5%, ежегодно образуется до 400 млн. тонн сернистого газа и окислов азота, что составляет 70 кг вредных веществ на каждого жителя Земли в год.

Таким образом, даже сокращение потребления и экономичность полезных ископаемых не сможет помочь избежать энергетической катастрофы. Если в ближайшем будущем планета не станет непригодна для жизни, то критическая нужда в энергоресурсах обеспечена.

Выход остается в поиске и внедрении нескончаемых или возобновляемых источников энергии. Огромную важность играет борьба с отходами и выбросами в атмосферу тонн вредных и смертельно опасных в больших количествах веществ и тяжелых металлов.

Как уже известно, сгорание органического топлива вредно для окружающей среды. В настоящее время разрабатываются системы и устройства очистки выбросов в атмосферу продуктов сгорания. Среди устройств можно выделить следующие:

- фильтры на соплах Вентури;

- металлические лабиринтные фильтры;

- волокнистые синтетические объемные фильтры из нетканых материалов. Из существующих методов очистки существуют следующие:

- Адсорбционный метод.

- Метод термического дожигания.

- Термокаталитический метод.

- Плазмохимический метод.

- Плазмокаталитический метод.

Однако все они не дают стопроцентной гарантии того, что извлекаемый воздух будет полностью очищен. Это связано с тем, что многие примеси, такие как частички пыли, мешают идентификации и извлечению вредных частиц. Кроме того, данные устройства несут крупные эксплуатационные затраты и высокую стоимость. Можно привести еще и необходимость в высококвалифицированном персонале для обслуживания таких систем.

2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Альтернативные источники энергии в настоящее время являются наиболее существенным решением вредному органическому производству энергии. Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых источников энергии. Основная идея поиска альтернативных источников энергии заключается в использовании тех ресурсов планеты, которые дает природа. Их эксплуатация, в свою очередь, не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Поэтому на данный момент уже существуют волновые электростанции, солнечные, ветряные, геотермальные и многие другие.

Несмотря на благоприятные условия и процессы, альтернативные источники энергии имеют и собственные недостатки. Среди них непостоянство выработки электроэнергии, затраты на установку и эксплуатацию, неточность существующих расчетов по выходной мощности.

2.1 ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ И ИХ РАЗВИТИЕ

Наиболее явными из недостатков медленного внедрения данной категории источников являются: недостаточное финансирование и непостоянство выдачи электроэнергии. Новизна, недостаточная осведомленность и ресурсное влияние многих энергетических трестов становятся препятствием перехода на чистую энергию. Многие производители предпочитают вредные и опасные для здоровья и окружающей среды источники энергии и виды топлива из-за их надежности и готовности к эксплуатации.

Перебои энергии являются существенным недостатком. Солнечная активность, сила и направление ветра, скорость и мощность волновых потоков невозможно полноценно рассчитать и тем более пытаться ими управлять в собственных интересах в отличие от органического топлива.

Поэтому на многих объектах по-прежнему прокладываются силовые сети и самостоятельные дизель-генераторные электростанции.

АИЭ исследуются и модернизируются. Большая часть земной поверхности усеяна солнечными панелями, ветряками и другими устройствами для производства чистой энергии.

3. МОРСКАЯ ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Как было сказано выше, основная идея альтернативных источников энергии заключается в использовании тех ресурсов планеты, которые дает природа. Их эксплуатация не оказывает такого существенного влияния на окружающую среду, как сжигание в больших количествах органического топлива.

К таким АИЭ относится волновая электростанция. Волновая электростанция располагается в водном пространстве, используя энергию волн. Такие электростанции не так сильно распространены.

Рассмотрим основные преимущества волновых электростанций. К таким преимуществам относятся:

- Волны океанов и морей есть возобновляемый источник энергии.

- Преобразование энергии волн не сопровождается опасными выбросами в окружающую среду.

- Большие волновые гидро-электростанции (ГЭС) производят огромное количество электричества.

Среди недостатков ГЭС выделяются:

- Могут представлять опасность для навигации, если не огорожены специальными сигнальными устройствами или не обозначены на карте.

- Если вода спокойна, то волновая ГЭС не производит электроэнергию.

К настоящему времени данные недостатки не существенны по сравнению с перспективами установки таких АИЭ. К тому же данный тип источников энергии совершенствуется и становится все более безопасными и функциональными.

3.1 ВИДЫ МОРСКИХ ВОЛНОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

В основе функционирования волновых ГЭС лежит воздействие на их механизмы. Среди них можно выделить поплавки, маятники, лопасти, оболочки и т.д. Механическая энергия в них преобразуется при помощи электрогенераторов в электрическую.

Среди видов волновых электростанции выделяют поплавковые.

В основе работы такой электростанции различные механические преобразователи, электрогенератор и накопитель энергии, размещены внутри герметичной капсулы - поплавка. Капсула - поплавок имеет форму цилиндра. Механический преобразователь энергии волн состоит из колебательной системы и механического привода, раскручивающего электрогенератор.

Маломощные поплавковые волновые электростанции служат для энергообеспечения прибрежных и островных поселений, аварийных систем жизнеобеспечения, метеосистем, радиомаяков, глобальных и региональных систем навигации и связи и др.

Мощности маломощных поплавковых волновых электростанций достигают десятка кВт, мощных модульных (проекты) - до десятков МВт.

Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии. 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.

3.2 ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Методика расчетов волновой ГЭС описана в статье [6]. В курсовом проекте рассмотрены основные формулы и пример расчета мощности волновой ГЭС при установленных параметрах.

Максимальная возможная мощность в одном цикле прилив-отлив, то есть от одного прилива до другого, выражается уравнением

(3.1)

где с - плотность воды, g - ускорение силы тяжести, S - площадь приливного бассейна, R - разность уровней при приливе.

Как видно из нашей формулы (3.1), для использования приливной энергии наиболее подходящим можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур электростанций в некоторых местах может составлять 2-20МВт.

Энергия течения может быть рассчитана по формуле:

(3.2)

где m - масса воды, кг; с - плотность воды, кг/м³; A - сечение, м²; v - скорость, м/с; t - время работы.

Для массы воды, поступающей в волновую ГЭС - 10³ кг и средней скорости потока - 1,8 м/с в Северно-Атлантическом течении решение по (3.2) будет иметь следующий вид:

Вт

Т.е. наша волновая ГЭС вырабатывает 75816000000 Вт или 75816 МВт.

Полученное значение не точно, так как учитывается лишь среднее значение взятых величин. При производстве электроэнергии необходимо учитывать разные диапазоны значений исходных величин, которые меняются каждую секунду, а также изменение условий окружающей среды, состояние механизмов волновой ГЭС и другие факторы. Расчет таких примеров значительно усложняется при условии такого же усреднения. Современные системы контроля волновых ГЭС могут включать датчики скорости движения воды, давления и другие устройства, позволяющие принимать решения в условиях эксплуатации ГЭС.

Таким образом, установлено, что Мировой Океан содержит огромное количество чистой энергии течений, которую можно извлекать и использовать в личных целях без вреда окружающей среде.

ВЫВОДЫ

В результате можно сделать выводы о том, что энергия волн является неисчерпаемым источником энергии, а значит, ее можно использовать в сколь угодно количествах. Преобразователями механической энергии волн в электроэнергию чаще всего являются волновые электростанции или волновые ГЭС.

В курсовом проекте приведены примеры расчета количества энергии при выбранных исходных параметрах и сделаны выводы о целесообразности установки волновой ГЭС.

ЛИТЕРАТУРА

1. http://www.himikatus.ru/art/ch-act/0257.php.

2. Реферат “Альтернативные источники энергии”.

3. http://www.potram.ru/index.php%3Fpage%3D57.

4. http://altenergiya.ru/gidro/proekt-morskoj-volnovoj-elektrostancii.html.

5. http://studopedia.org/3-7638.html.

6. http://dom-en.ru/pro2ect18/.

Размещено на Allbest.ru