Первичные энергетические ресурсы реферат
Обновлено: 05.07.2024
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Введение. 3 Классификация и экономическая оценка энергетических ресурсов. 3 Запасы и разработка энергоресурсов, электроэнергетика. 4 Решение проблемы энергоресурсов. 8 Альтернативные источники энергии………………………………………………10 Заключение. 16 Список использованной литературы. 17
Для современной цивилизации в наступившем XXI в. характерно возрастание роли мировой политики и международных отношений, взаимосвязанность и масштабность мировых процессов в экономической, политической, социальной и культурной жизни планеты, включение в международную жизнь и общение всё больших масс населения Земли. Всё это свидетельствует о наличии объективных предпосылок для появления в современном мире таких проблем, которые имеют глобальный, планетарный характер. Они затрагивают интересы всего человечества. К таким проблемам относятся: предотвращение мирового ядерного конфликта, мировых и локальных войн, сохранение природной среды, надёжное обеспечение человечества энергией, сырьём, продовольствием, пресной водой, управление демографическими процессами, хозяйственное освоение Мирового океана и космического пространства.
При изучении глобальных проблем необходимо учитывать как общие закономерности и общие тенденции развития производительных сил, в том числе под воздействием научно – технической революции, так и действие социальных факторов развития: быстрого роста населения планеты, увеличение межгосударственного взаимовлияния. Произошёл крупный качественный скачок во всех сферах человеческой деятельности. Крупные масштабы и динамизм экономической деятельности в современных условиях повлекли за собой не только положительные, но и отрицательные последствия: резкое и не всегда оправданное увеличение расходования природных ресурсов, отрицательное воздействие производственной сферы на природную среду, ухудшение экологии, усиление неравномерности в уровне социально – экономического развития между развитыми и развивающимися странами и др.
Все эти факторы в немалой степени способствовали появлению и обострению глобальных проблем. Уже сейчас существуют: угроза необратимых изменений экологических свойств среды обитания, угроза нарушения формирующейся целостности мирового сообщества, угроза самоуничтожения цивилизации.
В последнее время также всё острее встаёт проблема нехватки природных ресурсов, в особенности, энергетических. Хотя в настоящее время нехватка энергетических ресурсов почти не ощутима, данная проблема требует немедленного рассмотрения и решения, так как большинство таких ресурсов не возобновляемы, а запасы их весьма невелики. От того, насколько быстро и качественно будет решена данная проблема зависит, сможет ли человечество в ближайшие 100 –150 лет стабильно получать тепло и свет, то есть те минимальные удобства, без которых современные люди попросту не смогут выжить. Таким образом, решение ресурсной проблемы для энергетики – вопрос жизни и смерти для человечества.
Но надо отметить, что основным энергетическим источником жизни на Земле является Солнце.
Под действием солнечных лучей хлорофилл растений разлагает углекислоту, поглощаемую из воздуха, на кислород и углерод. Последний накапливается в растениях. Уголь, газ, торф и
т.д. – это запасы лучистой энергии Солнца.
Вложенные файлы: 1 файл
энергетические ресурсы.docx
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
“Тверской государственный технический университет”
ПО ОБЩЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Выполнила: Морозова Е.
Группа: БТ - 1103
На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. Но в 19 в. главными источниками энергии стали ископаемые топлива: каменный уголь, нефть и природный газ.
Классификация энергетических ресурсов
Энергетические ресурсы – это материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком.
Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии, естественный или искусственно активированный. Энергетические ресурсы – носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе.
Одна из классификаций природных ресурсов – классификация по признаку исчерпаемости, в соответствии с которой энергетические ресурсы разделяют на исчерпаемые и неисчерпаемые (Рис.1.2). В свою очередь, исчерпаемые можно разделить на возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым относят ресурсы, восстанавливаемые природой (земля, растения, животные и т.д.), к невозобновляемым - ресурсы, ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся (нефть, уголь и другие запасы недр). К неисчерпаемым относятся космические, климатические, водные ресурсы.
Из всех видов энергоресурсов энергия Солнца имеет особое значение. Все виды энергоресурсов есть результат естественных преобразований солнечной энергии. Уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы и дрова – это запасы лучистой энергии Солнца, извлеченные и преобразованные растениями. В процессе реакции фотосинтеза из неорганических элементов окружающей среды – воды Н2О и углекислого газа СО2 – под воздействием солнечного света в растениях образуется органическое вещество, основным элементом которого является углерод С. В определенную геологическую эпоху на протяжении миллионов лет из отмерших растений под воздействием давления и температурного режима, которые, в свою очередь, являются результатом конкретного количества энергии Солнца, падающего на Землю, и образовались органические энергетические ресурсы, основу которых составляет углерод, ранее накопленный в растениях. Энергия воды также получается за счет солнечной энергии, испаряющей воду и поднимающей пар в высокие слои атмосферы. Ветер возникает за счет различной температуры нагревания Солнцем разных точек нашей планеты. Кроме того, непосредственно излучение Солнца, приходящееся на поверхность Земли, обладает огромным потенциалом энергии.
Рис. 1.2. Классификация природных ресурсов.
Как уже было сказано выше, образование органического топлива является результатом, с одной стороны, естественных преобразований солнечной энергии, а с другой, – результатом теплового, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывавшиеся во всех геологических формациях. Все это топливо имеют углеродную основу, и энергия высвобождается из него, главным образом, в процессе образования диоксида углерода (СО2).
На рис. 1.3 представлен поток энергии и продуктов сгорания органического топлива при получении полезной энергии.
В современном природопользовании энергетические ресурсы классифицируют на три группы – участвующие в постоянном обороте и потоке энергии (солнечная, космическая энергия и т.д.), депонированные энергетические ресурсы (нефть, газ и т.д.) и искусственно активированные источники энергии (атомная и термоядерная энергии).
В экономике природопользования различают валовой, технический и экономический энергетические ресурсы.
Валовой (теоретический) ресурс представляет суммарную энергию, заключенную в данном виде энергоресурса.
Технический ресурс – это энергия, которая может быть получена из данного вида энергоресурса при существующем развитии науки и техники. Он составляет от доли процента до десятка процентов от валового, но постоянно увеличивается по мере усовершенствования энергетического оборудования и освоения новых технологий.
Экономический ресурс – энергия, получение которой из данного вида ресурса экономически выгодно при существующем соотношении цен на оборудование, материалы и рабочую силу. Он составляет некоторую долю от технического и тоже увеличивается по мере развития энергетики.
Энергетические ресурсы принято характеризовать числом лет, в течение которых данного ресурса хватит для производства энергии на современном качественном уровне. Из доклада комиссии Мирового энергетического совета (1994 г.) при современном уровне потребления запасов угля хватит на 250 лет,
газа – на 60 лет, нефти – на 40 лет. При этом по данным Международного института прикладного системного анализа, мировой спрос на энергоносители вырастет с 9,2 млрд. т в пересчете на нефть (конец 1990-х гг.) до 14,2–24,8 млрд. т в 2050 году.
Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии на начало 90-х годов представлена на рис. 1.4.
Мировые запасы энергетических ресурсов по состоянию на конец XX века представлены в табл. 1.3.
Рис. 1.4. Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии (1998 г.),%
Вторичные энергоресурсы, источники поступления, пути использования
Любой технологический процесс требует определенного расхода топлива, электрической и тепловой энергии; в результате химических реакций, механических воздействий горючие газы, теплоносители, газы и жидкости с избыточным давлением выделяют тепло. Эти энергетические ресурсы, как правило, используются не в полном объеме или не используются вовсе. Неиспользуемые в данном технологическом процессе или установке энергетические отходы получили название вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).
Долгое время использованию вторичных энергоресурсов не уделялось достаточного внимания, не была в полной мере раскрыта их сущность, отсутствовали методики расчетов ВЭР.
Вторичными энергетическими ресурсами являются энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), которые не могут быть использованы в самом агрегате, но могут частично или полностью использоваться для энергоснабжения других потребителей.
Энергетическими ресурсами называют выявленные природные запасы различных видов энергии, пригодные для использования в широких масштабах для народного хозяйства.
Основные виды энергетических ресурсов:
уголь
газ
нефть
торф
сланцы
гидроэнергия
атомная энергия
Файлы: 1 файл
Энергоресурсы и их использование.pptx
ТЕМА: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Ульянкин Петр Николаевич
Кафедра экономики и предпринимательства КГТУ
тел: (4012) 44-19-10
Калининградский государственный технический университет
Институт экономики и менеджмента
Центр дистанционного образования по экономическим специальностям
• Энергетическими ресурсами называют выявленные природные запасы различных видов энергии, пригодные для использования в широких масштабах для народного хозяйства.
Основные виды энергетических ресурсов
• Количественная оценка энергетических ресурсов
Первичные невозобновляемые ресурсы мира
Достоверно извлекаемые запасы 10 9 т.у.т
Потенциально извлекаемые запасы 10 9 т.у.т
Природные уран и торий
С использованием реакторов на:
- тепловых нейтронах: - быстрых нейтронах:
Первичные возобновляемые энергоресурсы мира
Виды возобновляемых источников
Потенциальные мировые запасы 1012 кВт·ч
Геотермальная энергия (глубина до 3 км)
Развитие производства и потребление первичной энергии в мире
В настоящее время в качестве основных факторов, определяющих потребление энергии рассматриваются численность населения и производство, характеризуемое валовым национальным продуктом.
Статистические данные, отражающие рост энергопотребления по годам и связь его с численностью населения показывают, что средние годовые темпы роста потребления энергоресурсов и особенно производства электроэнергии значительно опережают темпы роста численности населения. Так, численность с 1950 по 1981 гг. возросла в 1,9 раза, а потребление энергетических ресурсов — больше, чем в 4,3 раза. По производству и потреблению электроэнергии на душу населения: в 1954 г. при численности населения 2,5 млрд.чел. оно составило 0,385 тыс. кВт • ч/чел, а в 1985 г. при населении 4,9 млрд.чел. — 1,9 тыс. кВт • ч/чел. Ожидается, что к 2000 г. удельное производство электроэнергии достигнет 4,5—5,0 тыс. кВт • ч/чел.
Увеличение мирового производства энергии происходит при понижении удельного веса органического топлива в его структуре с 92 % в 1980 г. до 78 % в 2000 г. Вместе с тем, в абсолютном значении использование органического топлива за тот же период, как ожидается, возрастет с 11,5 до 13,5 млрд. т.у.т, т.е. приблизительно на 20 %.
Прогнозы развития в будущем потребностей в первичной энергии достаточно сложны. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что развитие определяющих факторов, таких как численность населения и объем национального валового продукта, устанавливаются с трудом. С другой — изменяются, в особенности при длительном рассмотрении, в связи между показателями и потреблением энергии.
• Ожидается, что покрытие потребностей в энергии будет происходить при следующем изменении спроса на энергоресурсы к 2020 г.:
• доля угля повысится до 28—30 %
• доля минеральных масел в расходе первичной энергии уменьшится с 33 % до 26—28 %
• доля природного газа понизится с 18,1 до 17,4 %
• доля ядерной энергии в известной мере зависит от ее приемлемости в обществе
• доля атомной энергии определена в 7—8 %, что означает приблизительно удвоение ее доли по сравнению с 1985 г.
• доля гидроэнергии увеличится в будущем в особенности в странах третьего мира с 5,8 % (1985 г.) до 7,8 %
• доля прочих регенеративных энергоносителей сохранится
Прогнозы и ведущиеся исследования показывают, что наиболее важным видом энергоресурсов следует считать энергосбережение, которое, по данным экспертов, позволит снизить масштабы потребления в мире уже в 2020 г. не менее, чем на 20—25 %.
Эксперты подчеркивают, что реализация энергосбережения должна идти не за счет снижения употребления энергии, а за счет рационального ее использования.
Внедрение топливосберегающих технологий влечет за собой снижение расхода высококачественных видов топлива во многих энергоемких отраслях промышленности. Наравне с экономией первичной энергии в процессе ее трансформации в электрическую и тепловую, немаловажной задачей остается минимизация конечного энергопотребления, т.е. экономия энергии в промышленности, на транспорте и в бытовом секторе.
Эти вопросы актуальны для всех стран мира, поскольку главные цели и задачи энергосбережения — это, в конечном счете, экономия топлива, снижение его расходования.
Необходимость совершенствования структуры энергопотребления
Прогнозируемая на ближайшую перспективу структура потребления предполагает, что общие потребности в энергии будут в значительной мере (на 90 %) удовлетворяться за счет ресурсов традиционной энергетики. В более дальней перспективе появится энергия, получаемая в результате термоядерного синтеза, т.е. в принципе, энергии может хватить на долгие годы. Вместе с тем, существует другая опасность — рост производства энергии. Эта опасность связана с большими потерями энергии при ее производстве.
Технологические процессы преобразования всех применяемых в настоящее время видов органического топлива в потребляемую энергию позволяют полезно использовать 1/3 от подводимой, а 2/3 рассеиваются в окружающей среде в виде тепла. Это тепло — добавочная энергия к солнечной энергии, падающей на Землю, т.е., с возрастанием производства и потребления энергии идет процесс все возрастающего дополнительного подогрева поверхности Земли. Со временем это возрастание добавочной энергии может вызвать непредсказуемые изменения процессов, происходящих на Земле, пагубных для всего живого.
Кроме того, органическое топливо, запасы которого не беспредельны, являются первичным сырьем для ряда отраслей промышленности и при его исчерпании нужно будет искать ему замену. Использование в качестве альтернативы органическому топливу атомной энергии влечет за собой еще более сильное тепловое загрязнение, чем при сжигании топлива. Также, немаловажным обстоятельством являются трудности удовлетворения требований, предъявляемых к размещению атомных энергетических установок — вблизи мощных водных источников и в некотором удалении (30— 40 км) от крупных населенных пунктов.
Ожидаемые последствия существующего преобразования энергии заставляют искать и применять как новые источники энергии, свободные от недостатков, присущих топливным и атомным ресурсам, так и искать технологии, позволяющие использовать топливные и прочие энергоресурсы при значительно меньших потерях, исключающих дополнительный нагрев Земли.
Всеобщее стремление перейти в этих условиях к потреблению энергии, которая дополнительно не нагревала бы планету, вполне оправдано. К таким видам энергии относятся все возобновляемые источники энергии (кроме термоядерной), т.е. гидроэнергия, ветровая, океаническая (термальная, приливная и волновая), геотермальная (за счет естественных выходов) и солнечная (если при ее использовании она изымается из потока падающей на Землю солнечной радиации).
Обладая запасами, многократно превышающими все перспективные потребности человечества, возобновляемые источники теоретически способны удовлетворить все потребности в энергии и все требования, предъявляемые к энергетике будущего, В этом случае непременное условие — равномерное распределение их по планете. Невыполнение этого условия приведет к нарушению сложившихся веками климатических условий, особенно густонаселенных регионов. Вместе с тем, нетрадиционные возобновляемые источники энергии пока что имеют сравнительно высокие удельные затраты на 1 кВт установленной мощности. Важно также и то обстоятельство, что все эти источники непостоянны во времени. Их отдача является функцией многих случайных факторов, в основном метеорологического характера. Это влечет за собой необходимость резервирования вырабатываемой ими энергии другими источниками и (или) аккумулирования энергии.
Одно из перспективных направлений использования органических ресурсов для получения энергии — непосредственное преобразование энергии энергоносителя в электроэнергию в электрохимических установках.
Устройства для прямого преобразования химической энергии заключенных в них реагентов в электрическую называют первичными гальваническими элементами. Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуются в процессе его работы. После расхода реагентов элемент не может больше работать — это источник тока одноразового действия. Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, то элемент может работать длительное время. Такие элементы называют топливными.
В топливных элементах химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя, непрерывно и раздельно подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую. Топливные элементы разделяют на низкотемпературные (работающие при температурах 25—100 °С) и высокотемпературные (работающие при температурах 500 °С и выше). В низкотемпературных используют жидкие и газообразные восстановители (водород, дидразин), а в качестве окислителя кислород и перексид водорода. Природные виды топлива (нефть, природный газ, уголь) могут окисляться только в высокотемпературных топливных элементах.
Обычно, для получения электрохимически активных веществ, их предварительно обрабатывают. Например, природный газ обрабатывают водяным паром в присутствии катализаторов (паровая конверсия). В результате конверсии метана получают газы, содержащие водород, который затем направляется в топливный элемент.
В таком элементе происходит превращение химической энергии реакции окисления водорода Н2 + 1/2 02 = Н20 в электрическую. Напряжение топливного элемента может достигать 1,5—2 В. Удельная энергия всех установок составляет до 0,8 кВт • ч/кг.
Чтобы увеличить напряжение и ток (мощность) элементы объединяют в батареи. Для обеспечения непрерывной работы батареи топливных элементов необходимы устройства, подводящие реагенты, отвода продуктов реакции и теплоты и др.
Установка, состоящая из батарей топливных элементов, систем хранения, обработки и подвода топлива и окислителя, отвода из элементов продуктов реакции, поддержания и регулирования температуры в элементах, а также преобразования тока и напряжения, получила название электрохимической установки.
Уже созданы электрохимические установки мощностью от десятков ватт до нескольких тысяч киловатт. Электрохимические установки имеют значительные преимущества по сравнению с тепловыми машинами:
обеспечивают прямое преобразование химической энергии в электрическую; имеют значительно более высокий КПД (60—70 %); меньше загрязняют окружающую среду.
В наибольшей мере разработаны кислородно-водородные энергоустановки, которые уже применяются на космических кораблях. Они обеспечивают космический корабль и космонавтов не только энергией, но и водой, являющейся продуктом реакции в топливном элементе. Построены первые элетрохимические электростанции мощностью до 5 МВт, работающие на природном топливе и используемые в настоящее время для выравнивания графика нагрузки в электросетях. Для крупномасштабного применения электрохимических энергоустановок необходимо снижение их стоимости и увеличение срока службы. В перспективе несомненно широкое использование, но это также энергия будущего.
Таким образом, названные традиционные возобновляемые и невозобнов-ляемые источники энергии при использовании существующих достижений науки и техники в перспективе не могут удовлетворить мировые потребности в энергии в связи с чем необходимы новые ее формы при дальнейшем внедрении энергосберегающих технологий, способствующих снижению потребности в энергии и сохранению состояния окружающей среды.
Количественная характеристика топливно –энергетических ресурсов России.
Российская Федерация — ведущая энергетическая держава мира, являющаяся одной из немногих стран способной полностью обеспечить свои внутренние потребности и необходимый экспорт как в настоящее время, так и на обозримую перспективу.
В современном мире существуют несколько глобальных проблем. Одна из них - истощение природных ресурсов. С каждой минутой в мире используется огромное количество нефти и газа для нужд человека. Поэтому возникает вопрос: на долго ли нам хватит этих ресурсов, если продолжать их использовать в таком же огромном объеме? По расчетам, запас нефтяных ресурсов планеты исчерпается к концу нынешнего столетия. То есть, нашим внукам и правнукам будет нечего использовать для получения энергии? Звучит пугающе. Также использование традиционных полезных ископаемых плохо влияет на экологическую обстановку мира. Поэтому, человечество сейчас все больше задумывается об альтернативных источниках получения энергии. В этом и состоит актуальность данной реферативной работы.
1. Возобновляемые энергоресурсы
1.1. Классификация возобновляемых источников энергии
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов. жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения [1] Характерной особенностью ВИЭ является цикличность их возобновления, которая позволяет использовать эти ресурсы без временных ограничений.
Обычно, к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, потоков воды, ветра, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.
ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:[3]
механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);
тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли);
химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).
Потенциальные возможности ВИЭ практически неограниченны, но несовершенство техники и технологии, отсутствие необходимых конструкционных и других материалов пока не позволяет широко вовлекать ВИЭ в энергетический баланс. Однако за последние годы в мире особенно заметен научно-технический прогресс в сооружении установок по использованию ВИЭ и в первую очередь: фотоэлектрических преобразований солнечной энергии, ветроэнергетических агрегатов и биомассы.
Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Это объясняется несколькими причинами:
Нет потребности в транспортировке;
ВИЭ - экологически выгодны и не загрязняют окружающую среду;
Отсутствие топливных затрат;
При определенных условиях, в малых автономных энергосистемах, ВИЭ могут оказаться экономически выгоднее, чем традиционные ресурсы;
Нет необходимости в использовании воды в производстве.
исчерпание в ближайшем будущем разведанных запасов органического топлива;
загрязнением окружающей среды окисями азота и серы, углекислым газом, пылевидными остатками от сгорания добываемого топлива, радиоактивным загрязнением и тепловым перегревом при использовании ядерного топлива;
быстрым ростом потребности в электрической энергии, потребление которой может возрасти в несколько раз в ближайшие годы.
1.2. Ветроэнергетика
Энергия ветра уже более 6000 тысяч лет используется людьми. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. 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 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.
Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков.
Однако в начале 19-20 вв. НТП затормозил развитие ветроэнергетики. Полезные ископаемые, такие как нефть и газ, заменили ветер в качестве источника энергии. Но человечество такими темпами истощает природные ресурсы Земли, что вновь встает вопрос о возврате к истокам, т.е. к новому этапу развития ветровой энергетики.
Наиболее острый вопрос ветроэнергетики - экономическая эффективность ВЭУ. Очень важно выбрать правильное место для установки агрегатов. Для этого существуют специальные характеристики, позволяющие правильно подобрать местоположение. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше) строятся оффшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.
Не стоит забывать, что производительность энергии зависит от 2 главных факторов: направления и скорости ветра.
Скорость ветра - главное препятствие развития ветровой энергетики. Ветер характеризуется не только многолетней и сезонной изменчивостью. Он может менять скорость и направление в течение очень коротких промежутков времени. Отчасти кратковременные колебания скорости ветра компенсируются самим ветроагрегатом, особенно на больших скоростях ветра, когда он начинает подтормаживать своё вращение (обычно, после 13-15 м/с). Однако более длительные изменения или снижение скорости ветра влияют на выработку ветроагрегата и всего ветропарка в целом. Но в современной ветроэнергетике этот недостаток сводится к минимуму тем, что ветромониторинг, начинающийся еще на предпроектной стадии, продолжает вестись и в дальнейшем. Накопленная база данных ветропотенциала позволяет прогнозировать выработку ветропарка уже на 2-м году его эксплуатации на 24 часа вперед с достаточно высокой для электрических сетей точностью.
Все ветровые установки можно разделить на 2 больших типа: с вертикальной осью вращения ротора и с горизонтальной.
Агрегаты с горизонтальной осью вращения являются традиционной компоновкой ветряков. В них используются лопасти, которые вращаются под действием ветрового потока. Система устанавливается в самое выгодное положение в потоке ветра с помощью крыла-стабилизатора. На мощных станциях, работающих на сеть, для этого используется электронная система управления рысканием. Недостатками такой системы являются высокий уровень шума, потеря в механической передаче энергии, снижение продолжительности эксплуатации оборудования. Также при сильных порывах ветра лопасти агрегаты могут получить значительные повреждения или, вовсе, сломаться.
В настоящее время промышленным производством ВУЭ занимается более 300 фирм. Наиболее развитую промышленность имеют Дания, Германия, США. Серийное производство ветроустановок развито в Нидерландах, Великобритании, Италии и других странах.
1.3. Гидроэнергетика
Основными причинами столь бурного развития гидроэнергетики являются постоянное возобновление ресурсов круговоротом воды в природе и относительно простыми механизмами добычи самой энергии. Однако, зачастую, постройка и установка ГЭС очень трудоемкий и капиталоемкий процесс. Особенно это относится к сооружению плотин и накоплению огромных масс воды за ними. Также стоит отметить, что добыча гидроэнергии экологически чистый процесс. Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии [16].
Если описывать работу ГЭС, то ее принцип заключается в выработке энергии турбиной, вращаемой с помощью падающей с неопределенной высоты воды. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. Во всех крупных осевых турбинах лопасти рабочего колеса могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора, что особенно ценно в случае приливных ГЭС, всегда работающих в условиях переменного напора. Турбины устанавливаются в зависимости от напора водяного потока на ГЭС.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
Мощные - вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
Средние - до 25 МВт;
Малые гидроэлектростанции - до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
Существуют также гидроаккумулирующие электростанции. Они способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.
В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.
В настоящее время лидерами по выработке гидроэнергии являются Норвегия, Китай, Канада, Россия. Лидером по количеству энергии воды на душу населения является Исландия.
1.4 Гелиоэнергетика
Солнце - один из самых источников излучения в нашей Вселенной. И поэтому не случайно энергия звезды все больше используется человеком для переработки в электричество. Действительно, излучение Солнца, доходящее до всей поверхности Земли, имеет колоссальную мощность 1,2*10 14 кВт. И иногда очень обидно, что огромная часть этой энергии пропадает зря, особенно если она по своему количеству в разы превосходит ресурсы всех остальных ВИЭ вместе взятых. Поэтому в последние годы все активнее развивается гелиоэнергетика, в которой используется солнечная радиация для получения электричества.
Первые зачатки гелиоэнергетики появились в середине 19 века. Первооткрывателями стали ученые Адамс и Дей, которые впервые провели эксперимент с твердотельными фотоэлектрическими элементами на основе селена. Однако прошло более 50-ти лет, чтобы их открытие переросло во что-то большее. Основой для создания первых солнечных батарей послужила разработка теории полупроводниковых материалов с p - n переходом. В этой методике используются атомы кремния. Суть всей технологии заключается в том, что при повышении температуры молекулы кремния за счет нагревания солнечной энергией, тепловые колебания кристаллической решетки приводят к разрыву некоторых валентных связей. В результате этого часть электронов, ранее участвовавших в образовании валентных связей, отщепляется и становится электронами проводимости. При наличии электрического поля они перемещаются против поля и образуют электрический ток [15].
Однако с помощью солнечного тепла можно не только получать ток, но обеспечивать теплопроводность. Такое возможно благодаря солнечным коллекторам, в которых нагревается вода при помощи солнечной радиации. И теперь она может использоваться для обогрева каких-либо сооружений.
Также как и в ветроэнергетике, для гелиостанций очень важно правильно выбрать место для их постройки. Не следует забывать, что солнечные лучи, прежде чем достигнуть поверхности Земли, преодолевают множество преград. Прежде всего, к ним можно отнести атмосферу, а в особенности озоновый слой. Именно благодаря ему на Земле вообще возможна жизнь, ведь он не пропускает вредное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Также немаловажную роль играют содержащиеся в атмосфере частицы водяного пара, пыли, примесей газов и другие аэрозоли. Они частично рассеивают радиацию.
Читайте также: