Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду реферат

Обновлено: 05.07.2024

Сложный процесс аккумуляции энергии;

Необходимость использования больших площадей;

Преимущества и недостатки солнечной энергии.

Солнечная энергия является одним из нетрадиционных источников энергии не случайно. Главным отличием Солнца от остальных источников энергии является возобновляемость и постоянство. Независимо от любой деятельности человечества Солнце будет долго направлять свою энергию в сторону нашей планеты. Вот только будет ли доходить эта энергия до нас постоянно и в нужном нам количестве? Плохие погодные условии могут помешать доступу солнечной энергии, в этом заключается непостоянство этого вида энергии, а точнее, непостоянство выработки солнечной энергии электростанциями данного вида.

О количестве поступающей энергии можно не беспокоиться, её хватает на все нужды человечества с огромным запасом, поэтому мы может говорить об изобилии данного источника энергии. Солнечная энергия доступная, особенно в широтах, ближе к экваториальным, чистая, экономичная, т.к. позволяет восполнить небольшие затраты энергии частного собственника, что помогает ему меньше использовать энергии из общей электросети. Солнечная энергия универсальна: солнечные батареи используются практически везде, начиная от обычных калькуляторов и часов и заканчивая космическими станциями и спутниками.

Но разработка солнечной энергии началась сравнительно недавно, создание солнечных батарей требует огромных затрат и усилий, а для обслуживания батарей также необходима энергия. Главными компонентами современных солнечных батарей являются кремний, индий, теллур, медь и кадмий. Если кремний и медь можно добыть в больших объёмах, то остальные металлы редкие и дорогие. При создании и утилизации батарей загрязняется окружающая среда, т.к. многие компоненты ядовиты. Эффективность батарей редко доходит до 20%. Остальная энергия, получаемая батареями (80%), нагревает их, из-за этого требуется энергия на их охлаждение. Мощность батареи зависит от её площади, поэтому для добычи энергии промышленными масштабами необходимы огромные пространства для солнечных батарей. Из-за непостоянства получаемой энергии (см. выше.) для обеспечения человека энергией в любое время необходимо её аккумулировать, что снова требует затрат уже для создания аккумуляторов.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Министерство образования и науки

ФГБОУ ВО «Башкирский государственный

НЕТРАДИЦИОННЫЕ (АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ) ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Выполнил: Федоров Сергей Алексеевич

ФМФ, заочное отделение, 2 курс, ЗОПОМОИТС-21-16

Солнечная энергия 5

Энергия океана 8

Энергия ветра 10

Энергия морских течений 12

Энергия приливов и отливов 13

Геотермальная энергия 16

Список литературы 25

В глубокой древности человечество начало с бережного использования возобновляемых источников энергии, но постепенно перешло к безрассудному использованию невозобновимых источников.

Вся история доказывает, что с ростом уровня жизни увеличивается количество необходимой человеку энергии.

Любая деятельность, независимо от её природы, предполагает использование энергии. Нынешняя человеческая деятельность на земле является доказательством того, что люди использовали и используют много энергии. Человек слишком слаб физически, чтобы собственными силами достичь тех результатов, которых достигло человечество в результате своей деятельности. Однако кроме физической силы у людей есть и другие способности. Главная из них – способность мыслить и осуществлять свои замыслы. На протяжении всей истории результатом этого были различные способы использования других энергоисточников, помимо мускульной энергии, для достижения с их помощью желаемых результатов. В настоящее время ежегодно расходуемая всеми странами энергия составляет 0,1% в отношении возможных для использования запасов угля, природного газа и нефти, вместе взятых.

Но ведь потребление всех видов энергетических ресурсов быстро растёт. Что же будет дальше? На наш взгляд, проблемы, связанные с энергообеспечением, очень актуальны в наше время. Они не могут не интересовать любого здравомыслящего человека и требуют изучения и решения.

Существуют разные прогнозы, касающиеся будущего наших ресурсов. Разрабатывая такие прогнозы, надо исходить, с одной стороны, из оценки перспектив роста населения и производства соответственно потребности общества, а с другой – из наличия запасов каждого ресурса. Однако прогнозировать современную тенденцию роста населения и производства далеко в будущее было бы рискованно. Кроме того, научно - технический прогресс, несомненно, будет продолжаться в направлении поисков более экономных, ресурсосберегающих технологий, что позволит постепенно сокращать потребность во многих природных источниках производства.

Исходя из сказанного, следует ожидать, по крайне мере, в ближайшие десятилетия, дальнейший рост потребностей в самых разнообразных энергетических ресурсах. При оценке их запасов важно различать две большие группы ресурсов – невозобновимые и возобновимые. Первые практически не восполняют, и их количество неуклонно уменьшается по мере использования. Сюда относятся минеральные и земляные ресурсы. Возобновимые ресурсы либо способны к самовоспроизведению (биологические), либо непрерывно поступают к Земле извне (солнечная энергия), либо, находятся в непрерывном круговороте, могут использоваться повторно(вода). Возобновляемые ресурсы — природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет.

Разумеется возобновимые ресурсы, как и невозобновимые, не бесконечны, но их возобновляемая часть может постоянно использоваться.

Если обратиться к главным типам мировых природных ресурсов, то в самом общем мы получаем следующую картину. Основным видом энергоресурсов является пока ещё минеральное топливо – нефть, газ, уголь. Эти источники энергии невозобновимы и при нынешнее темпах роста их добычи они могут быть, по мнению учёных, исчерпаны через 80-140 лет.

В данном проекте в качестве источников энергии рассмотрены нетрадиционные: энергия солнца, энергия ветра, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия морских течений, энергия океана и использование биологического топлива.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

Дальше все происходит так же, как на обычных ТЭС: вода нагревается, закипает, превращается в пар, пар крутит турбину, турбина передает вращение на ротор генератора, а тот вырабатывает электричество.

В мире сейчас действуют несколько гибридных солнечно-тепловых электростанций общей мощностью более 600 МВт. Днем они работают от Солнца, а ночью, чтобы вода не остывала и электричество не кончалось, - от газа. Температура пара в установках достигает 370 градусов Цельсия, а давление - 100 атмосфер.
Устройства, использующие энергию солнца, разработаны для отопления, освещения и вентиляции зданий, небоскрёбов, опреснения воды, производства электроэнергии. Такие устройства используются в различных технологических процессах. Появились транспортные средства с "солнечным приводом" : моторные лодки и яхты, солнцелеты и дирижабли с солнечными панелями.

Телевизор, работающий от солнечной энергии

Компания Sharp представила на недавно проходившей выставке телевизор, работающий от солнечной батареи. Энергии солнечной панели оказалось вполне достаточно для просмотра телепередач на 52-дюймовом экране со светодиодной подсветкой.

ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн.кв.м) занимают моря и океаны. Кинетическая энергия океанских течений примерно равна 10 18 Дж. Энергоресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые источники энергии. Океаны, помимо механической энергии волн и приливов, содержат также потенциальную энергию в виде тепла. Преобразование солнечного излучения в электроэнергию происходит за счет разности температур верхнего и нижнего слоев. Как известно, Солнце нагревает лишь верхние слои воды морей и океанов, причем, нагретая вода не опускается вниз, так как ее плотность меньше, чем у холодной. В тропических морях верхний слой воды, толщина которого не превышает нескольких метров, нагревается до 25-300° С, в то время как температура воды на глубине в 1 км не превышает 50° С. Получаемый в результате разности температур естественный тепловой градиент и создает запасы энергии. Причем, существенное количество ее можно получить при условии, когда температура между теплым поверхностным и холодным глубоководным слоями воды отличается, примерно, на 200°С значит тепловая энергоустановка, плывущая под водой могла бы производить энергию.
Установка мини-ОТЕС (преобразование тепловой энергии океан в элекрическую) смонтирована на барже. Под ее днищем помещен длинный трубопровод для забора холодной воды. Трубопроводом служит полиэтиленовая труба длиной 700 м с внутренним диаметром 50 см. Трубопровод прикреплен к днищу судна с помощью особого затвора, позволяющего в случаи необходимости ого быстрое отсоединение. Полиэтиленовая труба одновременно используется и для заякоривания системы труба–судно. Оригинальность подобного решения не вызывает сомнений, поскольку якорные постановки для разрабатываемых ныне более мощных систем ОТЕС являются весьма серьезной проблемой.
Новые станции ОТЕС на мощность во много десятков и сотен мегаватт проектируются без судна. Это – одна грандиозная труба, в верхней части которой находится круглый машинный зал, где размещены все необходимые устройства для преобразования анергии. Верхний конец трубопровода холодной воды расположится в океане на глубине 25–50 м. Машинный зал проектируется вокруг трубы на глубине около 100 м. Там будут установлены турбоагрегаты. Труба-монстр, уходящая почти на километр в холодную глубину океана, а в ее верхней части что-то вроде маленького островка. Представляется, что некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть реализованы, и стать рентабельными уже в настоящее время.

ЭНЕРГИЯ ВЕТРА

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергетики всех рек планеты. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории – от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана. Считается, что общий ветровой энергопотенциал Земли равен 1200ГВт.

Энергия ветра представляет собой самый быстрорастущий во всем мире источник электричества. Энергия ветра производится массивными трехлопастными ветротурбинами, устанавливаемыми на самом верху высоких башен и работающими подобно вентиляторам, но в обратном порядке. Вместо того чтобы использовать электричество для получения ветра, турбины используют ветер для получения электричества.

Ветровые установки являются одним из самых перспективных и одновременно экологически чистых способов выработки электроэнергии, с КПД около 59%. Вместе с тем, энергия ветра относится к числу возобновляемых источников энергии. В общих чертах, устройство ветровой электростанции выглядит следующим образом. Ветер вращает лопасти, а лопасти крутят вал, который соединен с набором зубчатых колес, приводящих в действие электрогенератор. Самая трудная проблема состоит в том, чтобы обеспечить одинаковое число оборотов пропеллера при разной силе ветра. Для этого угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируется за счет поворота их вокруг продольной оси: при сильном ветре этот угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей энергии. Помимо регулирования лопастей весь генератор автоматически поворачивается на мачте против ветра. Избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия реализуется за счет запасов воды в верхнем резервуаре, которая набирается в ветреную погоду и стекает в безветренную погоду. Крупные турбины для электроснабжения могут вырабатывать от 750 киловатт (киловатт = 1 000 ватт) до 1,5 мегаватт (мегаватт = 1 миллиону ватт) электроэнергии. В жилых домах, на телекоммуникационных станциях и в водяных насосах в качестве источника энергии применяются небольшие одиночные ветротурбины мощностью менее 100 киловатт. Это, прежде всего, характерно для отдаленных районов, в которых отсутствует энергосистемы общего пользования. В ветровых установках группы турбин связаны вместе с целью выработки электроэнергии для энергосистем общего пользования. Электричество подается потребителям посредством линий передач и распределительных линий. Такие станции работают труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах населенных пунктах, где нет поблизости электростанций.

За последние 10 лет глобальное производство энергии ветра увеличился в 10 раз - с 3,5 гигаватт (гигаватт = 1 миллиарду ватт). Этого достаточно для того, чтобы обслуживать более 1,6 миллиона домохозяйств.

ЭНЕРГИЯ МОРСКИХ ТЕЧЕНИЙ

Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений, накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и электрическую энергию с помощью генераторов, погруженных в воду. .

ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ И ОТЛИВОВ

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

Биото́пливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса , кукурузы , сои . Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол , метанол , биодизель ), твёрдое биотопливо ( дрова , солома ) и газообразное ( биогаз , водород ).

Энергия биомассы - Для производства электрической и тепловой энергии в лесоперерабатывающей промышленности широко используется биомасса — энергоносители растительного происхождения, образуемые в процессе фотосинтеза. Если производство биомассы соизмеримо с ее сжиганием, содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Наиболее оптимальный способ использования биомассы — ее газификация с последующим срабатыванием в газовых турбинах. Предварительные расчеты показывают, что турбогенераторы, работающие на продуктах газификации биомассы, могут успешно конкурировать с традиционными тепловыми, ядерными и гидравлическими энергоустановками. Наиболее перспективными областями применения таких турбогенераторов уже в ближайшем будущем могут стать отрасли экономики, в которых скапливаются большие объемы биомассы (в частности, сахарные и винокуренные заводы, перерабатывающие сахарный тростник). Ежегодный объем органических отходов (биомассы) в СНГ составляет 500 млн. т. Их переработка потенциально позволяет получить до 150 млн.т условного топлива в год: за счет производства биогаза (120 млрд. м 3 ) — 100-110 млн. т, этанола — 30-40 млн. т. Окупаемость современных технологий производства биогаза из отходов по оценкам специалистов составляет от 3 до 5 лет. За счет использования биогаза к 2000 г. можно получить годовую экономию органического топлива 6 млн. т, а к 2010 г. в 3 раза больше. Для этого необходимо создать высокоэффективные штампы анаэробных микроорганизмов, специальные виды энергетической биомассы, технологии, эффективное оборудование. Специалисты научно-исследовательского центра “АКМАС” во Владивостоке (Россия) разработали метод получения биотоплива из морской воды. Сейчас все говорят о биотопливе, как об экологически чистом продукте. В Европа его делают из рапса, из пшеницы, в Америке - из кукурузы, в Юго-Восточной Азии - из риса. Но все это продукты питания, цены на которые будут расти, так же, как и на углеводороды. Например, в Приморье собираются к форуму АТЭС построить завод по производству биотоплива из сои, который будет перерабатывать 40 тыс. т сои в год.

- Биотоплива второго поколения. Биотоплива второго поколения — различные топлива, полученные различными методами разложение химических соединений при нагревании биомассы , или другие топлива, отличные от метанола , этанола , биодизеля . Этот способ позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций .

-Биотоплива третьего поколения

С 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла. Проблема заключается в агроклиматичекских условиях не всегда пригодных для выращивания водорослей. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах

температур. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах из можно культивировать в биореакторах, которые могут работать на основе ТЭЦ, а значит не требуется жаркий климат. На основе переработки водорослей получают газообразное топливо.

Преимущества применения нетрадиционных источников энергии:

-отсутствие топливной составляющей

-возможность создания рабочих мест

-устойчиво работают в энергосистемах как в базе так и в пике графика нагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии

-не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций

-не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций - не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций - не оказывают вредного воздействия на человека

-нет вредных выбросов (в отличие от ТЭС) - нет радиационной опасности (в отличие от АЭС) экологическая безопасность.

-исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов, добыча, транспортировка, переработка, сжигание и захоронение топлива, предотвращение сжигания кислорода воздуха, затопление территорий, угроза волны прорыва

Недостатки применения нетрадиционных источников энергии:

-агроклиматическая зависимость и изменчивость по времени

-дополнительные затраты на одновременное использование других источников энергии

Недостатки использования биотоплива топлива:

- развитие биотопливной индустрии вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных .

- производство и использование биотоплива приводит к выбросу в атмосферу гораздо большего количества парниковых газов, чем сжигание нефти, газа или угля.

Основными доводами в пользу использования биотоплива являются следующие:

-в производстве не используются ни плодородные почвы, ни пресная вода;

-процесс не конкурирует с сельскохозяйственным производством;

-создание новых рабочих мест;

-улучшить оборот земельных ресурсов в развивающихся странах;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан.

Солнце светило и обогревало человека всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину.

Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного "корма".

Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство на энергетическом рынке нефти.

И вот новый виток: в наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже.

Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерные источники.

Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля, вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь.

А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю. Всегда было так: следующий источник энергии был и более мощным. То была, если можно так выразиться, "воинствующая" линия энергетики.

В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков.

Но времена изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая". Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы. Стали интенсивней использовать источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении.

Яркий пример тому - быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная.

Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции, энергия ветра и воды лишь наиболее яркие штрихи, того будущего, который пишется на наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.

Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, воплей печали и поражений, и радости побед.

Рассказ об энергии может быть бесконечен, неисчислимы альтернативные формы ее использования при условии, что мы должны разработать для этого эффективные и экономичные методы. Не так важно, каково ваше мнение о нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве, и себестоимости. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений, есть только разумный выбор".

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

Что такое альтернативная энергия?

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Ресурсы возобновляемой энергии

Солнечный свет
Водные потоки
Ветер
Приливы
Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
Геотермальная теплота (недра Земли)

Альтернативные виды энергии

1. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop .

2. Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

5. Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

7. Энергия жидкостной диффузии

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.

Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Плюсы и минусы альтернативной энергии

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Преимущества:

Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.

Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.

Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:

Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.

Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.

Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.

Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

Китай

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

Альтернативная энергия в России

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

Ветровая энергетика

Гидроэнергетика

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.

First Solar Inc.

Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.

Vestas Wind Systems A/S

Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.

Atlantica Yield PLC

Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.

Перспективной задачей в энергетическом комплексе 21 века является использование и внедрение возобновляемых источников энергии. Это позволит снизить нагрузку на экологическую систему планеты. Применение традиционных источников негативно влияет на экологию и приводит к исчерпанию земных недр. К ним относятся:

уголь;
природный газ;
нефть;
уран.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Альтернативная энергетика – система новых способов и методов получения, передачи и применения энергии, которые используются слабо, однако являются выигрышными для окружающей среды.

Альтернативные источники энергии (АИЭ) – вещества и процессы, которые существуют в природной среде и дают возможность получать необходимую энергию.

Структура и обоснованная необходимость в их применении

К нетрадиционным источникам энергии относят:

солнечную;
ветровую;
геотермальную;
энергию морей, рек, приливов;
биоэнергетику;
энергию атмосферного электричества и грозовую энергетику.

Увеличение населения Земли требует больших энергетических затрат. Запас полезных ископаемых, представляющих традиционные источники, не безграничен. Поэтому ведется активный поиск путей решения энергетической проблемы. Переход на использование чистых, природных источников является важной вехой в развитии человечества.

Основные причины, побуждающие к переходу на АЭИ:

Глобально-экологическая. Применение традиционных энергодобывающих технологий ведет мир к глобальной экологической катастрофе. Одно из таких последствий – изменение климата, которое длится уже несколько лет.
Политическая. Страна, освоившая АЭИ первой, сможет диктовать цены на топливные ресурсы.
Экономическая. Переход на нетрадиционные энергетические технологии даст возможность перераспределить топливные ресурсы для развития промышленности. Стоимость альтернативной энергии значительно ниже, чем электроэнергии, получаемой из традиционных источников.
Социальная. С ростом численности населения становится сложным найти место для строительства АЭС и ГРЭС, которое было бы безопасным для окружающих. Исследования показали, что у населения, проживающего неподалёку от таких станций, подтвержден больший процент онкологических и других тяжелых заболеваний.
Эволюционно-историческая. Объем топливных ресурсов ограничен, биосфера и атмосфера страдают от их использования. Эти факторы тормозят процесс эволюции человечества. Переход на альтернативные источники энергии будет толчком к новому этапу развития.

Виды нетрадиционных источников энергии, преимущество и недостатки

Преимущества ВИЭ:

неисчерпаемость ресурсов;
уменьшение негативного воздействия на окружающую природу и здоровье людей.

Недостатки ВИЭ:

небольшая плотность энергетического потока;
скачкообразность объемов выработки энергии;
высокая стоимость оборудования энергодобывающих установок.

Солнечная энергия

Гелиоустановки используют энергию Солнца для потребностей теплоснабжения и для производства электричества. Способов преобразования солнечного излучения существует множество. Оптимальным и наиболее распространенным считают метод, основанный на использовании фотоэлектрических преобразователей. Такие фотоэлементы объединяют в солнечные батареи.

В 80 странах мира ведется активное строительство солнечных электростанций. Крупная фотоэлектрическая установка расположена в Канаде, в провинции Онтарио (Sarnia PV рlant). Площадь электростанции – 385 гектаров. Она способна снабжать электроэнергией свыше 12 000 домохозяйств.

В 100 км от Рима находится самая крупная электростанция в Италии – Montalto di Castro. Она оснащена аэрационной системой, которая защищает модули установки от возникновения коррозии под влиянием соленого морского воздуха.

В России насчитывается свыше 40 солнечных электростанций, которые расположены преимущественно в Крыму, Оренбургской и Астраханской областях, Республике Башкортостан, Республике Алтай.

Преимущества солнечной энергии:

возобновляемый источник;
бесшумная работа;
экологически чистое преобразование солнечного излучения в другие виды энергии.

Недостатки:

высокая стоимость оборудования для гелиоустановок;
привязанность интенсивности излучения Солнца к сезонам и времени суток;
строительство солнечных электростанций занимает большие территории;
использование токсичных соединений при создании фотоэлектрических элементов, что приводит к проблеме их утилизации.

Ветровая энергия

Начало использования энергии ветра восходит к появлению ветряных мельниц, которые были принесены крестоносцами в Европу в 13 веке.

Принцип действия ветрогенератора прост. Сила ветра заставляет двигаться ветряное колесо, вращение которого передается ротору электрогенератора.

Ветроэнергетические установки распространены в США, Китае, Индии.

Мировой лидер по установленной мощности ветрогенератов на душу населения Дания обеспечивает 47% спроса на электроэнергию за счет них. К 2030 году власти планируют полностью отказаться от использования полезных ископаемых для производства электроэнергии.

Крупнейший в мире морской ветропарк Walney Extension расположен в Великобритании и насчитывает 87 ветряных турбин. Они способны обеспечить электроэнергией около 600 000 домохозяйств.

Среди наземных ветропарков следует выделить расположенные в США Fowler Ridge (штат Индиана) и Penascal (штат Техас).

В России расположено 16 действующих ветровых электростанций (Крым, Ульяновская, Оренбургская и Калининградская области, Республика Калмыкия).

Преимущества ветряных электростанций:

неисчерпаемость энергии;
не наносит вред экологии.

Недостатки:

отдельный ветрогенератор обладает слабой мощностью;
переменчивость силы ветра;
шум, производимый ветрогенераторами, нарушает перелеты птиц и насекомых;
поблизости от таких станций возникают помехи в радиоволнах и работе военных.

Для того, чтобы не нарушать природный баланс, в США перед строительством ветряных парков проводят исследования путей миграции птиц. В дальнейшем производится установка радаров, которые улавливают приближение стай и временно отключают ветрогенераторы.

Геотермальная энергия

Большие объемы тепловой энергии хранятся в глубине Земли, что объясняется высоким температурным показателем земного ядра. В качестве источников геотермальной энергии используют вулканические области, горячие источники воды или пара.

Геотермальные электростанции преобразовывают энергию горячих подземных вод в электричество.

Значимой ГеоЭС называют бинарную электростанцию в Новой Зеландии (вблизи Таупо, остров Северный). Она способна обеспечивать дома электричеством, отоплением и горячим водоснабжением. Страна – мировой лидер по производству геотермальной энергии. Её доля в энергетике Новой Зеландии составляет 14%.

Крупнейшей в мире одиночной ГеоЭс являеется электростанция в Кении Оликария 4, мощностью 140 мегаватт.

Мощный геотермальный комплекс расположен в США. Он состоит из 22 геотермальных электростанций, суммарная мощность которых составляет 1517 МВт.

На территории России расположены 4 ГеоЭС. Первая из них была создана во времена СССР на Камчатке.

Преимущества геотермальной энергетики:

неисчерпаемость источников;
сезонная и суточная независимость.

Среди минусов выделяют:

минерализация и, изредка, токсичность термальных вод, что вызывает необходимость после переработки закачивать воды обратно в подземные недра;
вероятность возникновения землетрясений при вмешательстве в слои Земли.

Энергия приливов и волн

Мировой океан создает энергию разнообразных видов:

энергия биомассы;
приливов и отливов;
энергия океанических течений;
тепловая.

По мнениям исследователей, к 2050 году энергией, вырабатываемой из Мирового океана можно будет заменить энергетические мощности 250 ядерных реакторов.

В Японии (префектура Кагошима) создали установку, генерирующую электроэнергию из океанических течений.

Цель Шотландии состоит в переходе к 2030 году на энергию альтернативных источников. Шотландские приливы самые мощные в Европе, что позволило запустить строительство самой крупной в мире приливной электростанции. За её счет 175 000 домохозяйств будут обеспечены электричеством.

Лидером по разработке технологий развития приливной энергетики выступает Великобритания.

Единственная приливная электростанция в России расположена в губе Кислая Баренцева моря, возле поселка Ура-Губа Мурманской области.

Плюсы использования энергии приливов:

экологичность;
низкая себестоимость добычи энергии.

Недостатки:

высокая стоимость строительства установок;
зависимость мощности от времени суток.

Биоэнергетика

Данный альтернативный источник относится к вторичным, его вырабатывают из биотоплива. Промышленные и сельскохозяйственные предприятия всё чаще получают необходимую им электроэнергию путём выделения её из органического мусора.

К альтернативному биотопливу относят:

отходы сельского хозяйства и деревообработки (твердое);
биодизель, биомазут, метанол, этанол, бутанол (жидкое);
водород, метан, биогаз (газообразное).

Преимущества использования биотоплива:

утилизация органического мусора;
снижение уровня загрязнения окружающей среды;
изготовляется из возобновляемых ресурсов;
снижение выброса парниковых газов в атмосферу;
культуры, выращиваемые для биотоплива, поглощают оксид углерода;
лёгкое в транспортировке;
отличается высокой энергоплотностью.

К недостаткам относят:

территориальное ограничение (для выращивания биотопливных культур подходит местность с определенными климатическими условиями);
представляет угрозу продовольственной безопасности (земли могли бы использоваться для выращивания сельскохозяйственных культур);
разрушение малых экосистем вследствие применения пестицидов для удобрения.

Энергия малых рек

К альтернативным источникам гидроэнергетики относят малые гидроэлектростанции. Такие установки обладают мощностью 5-10 МВТ.

Малая гидроэнергетика – наиболее освоенный вид возобновляемых нетрадиционных источников энергии. Мировым лидером в этой сфере выступает Китай. Малые ГЭС широко используются в ряде других стран: Германии, Австрии, Испании, Канаде, Японии, Украине, Беларуси, Бразилии, России (Алтайский край).

Преимущества развития малой гидроэнергетики:

строительство в короткие сроки;
низкая степень воздействия на окружающую среду;
постоянный источник энергии;
надежность электроснабжения;
близость к потребителю.

Недостатки:

малые источники могут промерзать, останавливая работу системы;
высокие затраты на строительство;
необходимость строительства плотины, что не всегда может быть одобрено природным законодательством.

Атмосферное электричество и грозовая энергетика

Процессы испарения, образования облаков, переноса тепла и влаги, происходящие в нижних атмосферных слоях, сопровождаются явлениями электризации. Вследствие этих факторов, в атмосфере образуется энергетический ресурс.

Исследования в отрасли атмосферного электричества начали проводить с 1850-1860-х годов. Свой вклад внёс и Никола Тесла, который предложил способ преобразования высокого постоянного атмосферного напряжения в низкое переменное.

Новые исследования бразильских ученых дали возможность найти способ преобразования электрических зарядов в атмосфере в электрический ток.

Преимущества атмосферных электростанций:

экологически чистая энергия;
независимость от времени года или суток;
оборудование станций расположено в воздухе, что экономит земные территории.

Недостатки:

невозможность создавать запасы, кроме как, преобразовывая в другие соединения (водород);
существует вероятность нарушения глобального электрического контура;
высокое напряжение представляет опасность для персонала;
расположение оборудования на высоте может представлять опасность для авиации.

Грозовая энергетика находится на стадии освоения. Для удержания и использования энергии молнии требуются мощные и дорогостоящие системы. Специалистами NASA проведены исследования и разработана карта, показывающая все точки мира с наиболее частыми ударами молнии. В дальнейшем эти теоретические разработки помогут опредделить наиболее перспективную территорию для получения грозовой энергии.

Читайте также: