Реферат на тему использование энергии

Обновлено: 08.07.2024

Содержание

Введение
Глава 1. Нетрадиционные источники энергии
Глава 2. Источники возобновляемой энергии
2.1. Энергия ветра
2.2. Гидроэнергия
2.3. Энергия приливов и отливов
2.4. Энергия волн
2.5. Энергия солнечного света
2.6. Геотермальная энергия
Глава 3. Политика России в области нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии
Глава 4. Меры поддержки возобновляемых источников энергии
4.1. Зеленые сертификаты
4.2. Возмещение стоимости технологического присоединения
4.3. Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ
4.4. Система чистого измерения
4.5. Инвестиции
Глава 5. ВНИЭ в современном мире
Заключение
Список использованных источников

Введение

Человечеству нужна электроэнергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива — урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых для постройки станции, долговечности станций.

Данный реферат является кратким обзором возобновляемых и неисчерпаемых источников энергии. В работе рассмотрены нетрадиционные источники электрической энергии.

Цель работы – прежде всего, ознакомиться с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике в России и в мире.

Российская энергетика сегодня — это 600 тепловых, 100 гидравлических, 9 атомных электростанций. Есть, конечно, несколько электростанций использующих в качестве первичного источника солнечную, ветровую, гидротермальную, приливную энергию, но доля производимой ими энергии очень мала по сравнению с тепловыми, атомными и гидравлическими станциями.

Глава 1. Нетрадиционные источники энергии

В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г) к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков.

Начиная с 90-х годов, по инициативе ЮНЕСКО при поддержке государств-членов ООН и заинтересованных организаций проводятся мероприятия по продвижению идеи широкого использования возобновляемых источников.

Всё это многообразие сводится, как показано на рисунке 1, к трём глобальным видам источников: энергии Солнца, тепла Земли и энергии орбитального движения планет, причём солнечное излучение по мощности превосходит остальные более чем в 1000 раз. Невозобновляемыми источниками энергии являются нефть, газ, уголь, сланцы. Извлекаемые запасы органического топлива в мире оцениваются следующим образом (млрд.т.у.т.):

уголь — 4850
нефть — 1140
газ — 310
всего – 6310.

При уровне мировой добычи девяностых годов (млрд.т.у.т) соответственно 3,1 — 4,5 — 2,6, всего — 10,3 млрд.т.у.т, запасов угля хватит на 1500 лет, нефти — на 250 лет и газа — 120 лет. Не такая уж блестящая перспектива оставить потомков без энергетического обеспечения. Особенно учитывая устойчивую тенденцию удорожания нефти и газа. И чем дальше, тем более быстрыми темпами. Между тем теоретический потенциал солнечной энергии, приходящий на Землю в течение года, превышает все извлекаемые запасы органического топлива в 10-20 раз. А экономический потенциал возобновляемых источников энергии в настоящее время оценивается в 20 млрд.т.у. т в год, что в два раза превышает объём годовой добычи всех видов органического топлива. И это обстоятельство указывает путь развития энергетики будущего, не такого уж и далёкого. Повсеместный переход на возобновляемые источники энергии не происходит лишь потому, что промышленность, машины, оборудование и быт людей на Земле сориентированы на органическое топливо. А ещё потому, что некоторые виды возобновляемых источников энергии непостоянны и имеют низкую плотность энергии.

Основное преимущество возобновляемых источников энергии — их неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трёх глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетика, экология, продовольствие.

Таблица 1: Роль НВИЭ в решении трёх глобальных проблем человечества (энергетика, экология, продовольствие) + положительное влияние, — отрицательное влияние, 0 — отсутствие влияния.

Вид ресурсов или установок	Энергетика	Экология	Продовольствие
Ветроустановки	+	+	+ 1)
Малые и микроГЭС	+	+	+ 2)
Солнечные тепловые установки	+	+	+ 3)
Солнечные фотоэлектрические установки	+	+	+ 4)
Геотермальные электрические станции	+	+/-	0
Геотермальные тепловые установки	+	+/-	+ 5)
Биомасса. Сжигание твёрдых бытовых отходов	+	+/-	0
Биомасса. Сжигание сельскохозяйственных отходов, отходов лесозаготовок и лесопереработок	+	+/-	+ 6)
Биомасса. Биоэнергетическая переработка отходов	+	+	+ 7)
Биомасса. Газификация	+	+	0
Биомасса. Получение жидкого топлива	+	+	+ 8)
Установки по утилизации низкопотенциального тепла	+	+	0

Примечания:

1) Водоподъёмные установки на пастбищах и в удалённых населённых пунктах.

Энергия и ее виды. Причины широкого использования электроэнергии. Тепловые, атомные, гидроэлектростанции и принцип их работы. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Прямое преобразование солнечной энергии. Геотермальная энергия Земли.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	12.11.2014
Размер файла	30,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Виды, способы получения, преобразования и использования энергии

Энергия и ее виды

Согласно современным представлениям энергия - это общая количественная мера различных форм движения материи. Имеются качественно разные физические формы движения материи, которые способны превращаться одна в другую. В середине ХХ в. было установлено, что все формы движения превращаются друг в друга в строго определенных отношениях. Именно это обстоятельство и позволило ввести понятие энергии как общей меры движения материи.

Тепловые и атомные электрические станции (ТЭС и АЭС), гидроэлектростанции

Одним из наиболее совершенных видов энергии является электроэнергия. Ее широкое использование обусловлено следующими факторами:

-возможностью выработки электроэнергии в больших количествах вблизи месторождений и водных источников;

-возможностью транспортировки на дальние расстояния с относительно небольшими потерями;

-возможностью трансформации электроэнергии в другие виды энергии: механическую, химическую, тепловую, световую;

-отсутствием загрязнения окружающей среды;

-возможностью применения на основе электроэнергии новых прогрессивных технологических процессов.

Тепловая энергия широко используется на современных производствах и в быту в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сгорания. Электрическая и тепловая энергия производится на:

тепловых электрических станциях на органическом топливе (ТЭС) с использованием в турбинах водяного пара (паротурбинные установки - ПТУ), продуктов сгорания (газотурбинные установки - ГТУ), их комбинаций (парогазовые установки - ПГУ);

гидравлических электрических станциях (ГЭС), использующих энергию падающего потока воды, течения, прилива;

атомных электрических станциях (АЭС), использующих энергию ядерного распада.

Тепловые электрические станции (ТЭС) можно разделить на конденсационные электрические станции (КЭС), производящие только электроэнергию (они также называются ГРЭС - государственные районные электростанции), и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - электрические станции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии.

Производство электроэнергии на ТЭС

энергия электростанция нетрадиционный

Современные тепловые электростанции имеют преимущественно блочную структуру. ТЭС с блочной структурой составляется из отдельных энергоблоков. В состав каждого энергоблока входят основные агрегаты - турбинный и котельный и связанное сними вспомогательное оборудование. Турбина вместе с котлом, питающим ее паром, образует моноблок.

Уголь поступает в систему подготовки топлива, в которой дробится, подсушивается и размалывается, превращаясь в угольную пыль. В таком виде топливо поступает в горелки, в которых смешивается с подогретым воздухом. Если используется жидкое топливо (мазут), то оно подогревается до 100 - 140 С и распыляется в форсунках.

Топливо сгорает в топочной камере парового котла с выделением теплоты. Эта теплота передается рабочему телу - воде, превращая ее сначала в насыщенный пар, а затем перегретый (имеющий температуру более высокую, чем температура кипения жидкости при данном давлении), обладающий большой энергией.

Паровой котел представляет собой систему теплообменников (поверхностей нагрева), в которых производится в требуемом количестве пар заданных параметров из непрерывно поступающей воды за счет теплоты, получаемой при сжигании органического топлива. Температура в зоне активного горения в топочной камере может достигать 1500 - 1800С в зависимости от вида сжигаемого топлива и режима горения.

Энергия пара приводит во вращение ротор паровой турбины. В процессе расширения рабочего тела (пара) в соплах потенциальная энергия переходит в кинетическую, что сопровождается увеличением скорости потока. Расширяясь в ступенях турбины, пар совершает работу. Механическая энергия вращения вала турбины передается электрогенератору, вырабатывающему электроэнергию, которая после повышения напряжения в трансформаторе направляется по линиям электропередачи к потребителю.

Отработанный в турбине пар подается в конденсатор, где конденсируется, отдавая тепло охлаждающей воде (пруды-охладители или естественные водоемы).

Конденсатор - теплообменный аппарат, предназначенный для превращения отработавшего в турбине пара в жидкое состояние - конденсат. Образующийся конденсат откачивается из конденсатора и после ряда технологических операций поступает в котел. Цикл замыкается. Основным показателем энергетической эффективности электростанции является коэффициент полезного действия (КПД) по отпуску электрической энергии, называемый абсолютным электрическим коэффициентом полезного действия электростанции. Он определяется отношением отпущенной (выработанной) электроэнергии к затраченной энергии (теплоте сожженного топлива) и составляет 35 - 40%.

Теплоэлектроцентрали отпускают электроэнергию потребителю, так же как и КЭС (конденсационные электрические станции), и кроме этого тепловую энергию в виде пара и горячей воды для технологических нужд производства и горячей воды для коммунально-бытового потребления (отопление, горячее водоснабжение). При такой комбинированной выработке тепловой и электрической энергии в тепловую сеть отдается главным образом теплота отработавшего в турбинах пара (или газа), что приводит к снижению расхода топлива на 25 - 30% по с равнению с раздельной выработкой электроэнергии на КЭС и теплоты в районных котельных. Поскольку для производственных и бытовых нужд требуется пар или вода в относительно широком диапазоне температур и давлений, на ТЭЦ применяются теплофикационные турбины различных типов в зависимости от характера потребления теплоты.

Районные котельные предназначены для централизованного теплоснабжения промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также для покрытия пиковых тепловых нагрузок в теплофикационных системах. Сооружение их требует меньших капиталовложений и может быть проведено в более короткие сроки, чем сооружение ТЭЦ той же тепловой мощности. Поэтому во многих случаях теплофикацию районов начинают со строительства районных котельных. До ввода в работу ТЭЦ эти котельные являются основным источником теплоснабжения района. После ввода ТЭЦ они используются в качестве пиковых. Котельные сооружают на площадках ТЭЦ или в районах теплопотребления. В них устанавливают водогрейные котлы или паровые котлы низкого давления (1,2 - 2,4 Мпа). Выбор типа котлов в котельной производится на основе технико-экономических расчетов.

Атомные электрические станции

Тепловые схемы атомных электростанций зависят от типа реактора, вида теплоносителя, состава оборудования. Тепловые схемы могут быть одно-, двух- и трехконтурными.

В одноконтурных схемах пар вырабатывается непосредственно в реакторе. Полученная пароводяная смесь подается в барабан-сепаратор, отсепарированный насыщенный пар поступает в паровую турбину. Отработанный в турбине пар конденсируется, и конденсат циркуляционным насосом подается в реактор. Одноконтурная схема наиболее проста в конструктивном отношении и достаточно экономична. Однако рабочее тело на выходе из реактора становится радиоактивным, что предъявляет повышенные требования к биологической защите и затрудняет проведение контроля и ремонта оборудования.

В двухконтурных схемах существуют два самостоятельных контура. Контур теплоносителя - первый; контур рабочего тела - второй. Общее оборудование обоих контуров - парогенератор. Нагретый в реакторе теплоноситель поступает в парогенератор, где отдает свою теплоту рабочему телу и при помощи главного циркуляционного насоса возвращается в реактор. Полученный в парогенераторе пар подается в турбину, совершает в ней работу, конденсируется, конденсат питательным насосом подается в парогенератор. Наличие парогенератора хотя и усложняет установку и уменьшает ее экономичность, но препятствует появлению радиоактивности во втором контуре.

В трехконтурной схеме теплоносителями первого контура служат жидкие металлы, например натрий. Радиоактивный натрий первого контура из реактора направляется в теплообменник, где отдает теплоту натрию промежуточного контура, и циркуляционным насосом возвращается в реактор. Давление натрия в промежуточном контуре выше, чем в первом, для исключения утечек радиоактивного натрия. Натрий промежуточного контура отдает теплоту в парогенераторе рабочему телу (воде) третьего контура. Образующийся в парогенераторе пар поступает в турбину, совершает работу, конденсируется и питательным насосом подается в парогенератор. Трехконтурная схема требует больших затрат, но обеспечивает безопасную эксплуатацию реактора.

Работа АЭС по технологическим условиям отличается от работы тепловой электростанции. Основным различием является то, что роль источника теплоты на тепловой электростанции играет паровой котел, в котором сжигается органическое топливо, а на АЭС - ядерный реактор, теплота в котором выделяется в результате деления ядерного топлива. Ядерное топливо обладает высокой теплотворной способностью (в миллионы раз выше, чем органическое). В процессе работы ядерного реактора образуется большое количество радиоактивных веществ в топливе, конструкционных материалах, теплоносителе. Поэтому АЭС является потенциальным источником радиационной опасности для обслуживающего персонала, а также для окружающего населения, что повышает требования к надежности и безопасности ее эксплуатации.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

- под нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии понимаются источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.

Государственная энергетическая программа РБ на период до 2010 г. предусматривает использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в нарастающих масштабах. С учетом природных условий - это и географическое положение, и метеорологические условия республики предпочтение отдается малым гидроэлектростанциям, ветровым установкам, биоэнергетическим установкам, установкам для сжигания отходов растениеводства и бытовых отходов, гелиоводоподогревателям. Программа оценивает потенциал этих источников в 5% от всей расчетной экономии топлива, которую планируется получить за счет всех мероприятий по энергосбережению.

Основной особенностью возобновляемых источников энергии является то, что воспроизводство их энергетического потенциала происходит быстрее, чем его расходование.

Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни. Переход от индустриального общества к "информационной цивилизации"
стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и обеспечению удобной передаче и применении видом энергии - электрической энергией.

Файлы: 1 файл

Документ Microsoft Word (2).doc

Использование электрической энергии

Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни. Переход от индустриального общества к "информационной цивилизации"

стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и обеспечению удобной передаче и применении видом энергии - электрической энергией.

Электрическая энергия — это способность электромагнитного поля производить работу, наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии.

На сегодняшний день электрическая энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать.

Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии:

В наше время уровень производства и потребления энергии - один из важнейших показателей развития производственных сил общества. Ведущую при этом роль играет электроэнергия – самая универсальная и удобная для использования форма энергии. Она производится на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.

Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую

энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при

сжигании органического топлива.

На тепловых электростанциях химическая энергия топлива преобразуется

сначала в механическую, а затем в электрическую. Топливом для такой

электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии

могут находиться на значительном расстоянии от станции.

Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования,

посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую

энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений,

обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и

энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под

напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь,

преобразуется в электрическую энергию.

Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и

приливные электростанции (ПЭС).

ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнергия

приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным

характером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах

лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют

провалы мощности приливных электростанций в течение суток или месяцев.

Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная)

энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является

атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной

реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на

обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию.

Альтернативные источники энергии:

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко

возрос, ведь потенциальные возможности энергетики, основанной на

использование непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится

намного дороже, чем получаемая традиционными способами.

Огромная энергия движущихся воздушных масс. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории.

Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии,

таящейся в недрах земного шара. Энергия Земли пригодна не только для отопления помещений,но и для получения электроэнергии. Уже давно

работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая

такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в

небольшом итальянском городке Лардерелло.

Электрический ток вырабатывается в генераторах - устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К таким устройствам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи.

Электрический ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовать почти без потерь энергии. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется с помощью трансформаторов.

Трансформатор — очень простое устройство, которое позволяет, как повышать,

повышении напряжения уменьшается сила тока, и наоборот. Для сварочных аппаратов требуются понижающие трансформаторы. Для сварки нужны очень сильные токи, и трансформатор сварочного аппарата имеет всего лишь один выходной виток. Вы, наверное, обращали внимание, что сердечник трансформатора изготовляют из тонких листиков стали. Это сделано для того, чтобы не терять энергии при преобразовании напряжения. В листовом материале вихревые токи будут играть меньшую роль, чем в сплошном.

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в

сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и

гидроресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на

расстояния, достигающие иногда сотен километров.

Но передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными

потерями. Дело в том, что, протекая по линиям электропередачи, ток

нагревает их. При большой длине линии передача энергии может

стать вообще экономически невыгодной. Для уменьшения потерь можно, конечно,

идти по пути уменьшения сопротивления R линии посредством увеличения

площади поперечного сечения проводов. Но для уменьшения R, к примеру, в 100

раз нужно увеличить массу провода также в 100 раз. Ясно, что нельзя

допустить такого большого расходования дорогостоящего цветного металла, не

говоря уже о трудностях закрепления тяжелых проводов на высоких мачтах и т.

п. Поэтому потери энергии в линии снижают другим путем: уменьшением тока в

линии. Например, уменьшение тока в 10 раз уменьшает количество

выделившегося в проводниках тепла в 100 раз, т. е. достигается тот же

эффект, что и от стократного утяжеления провода.

Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение,

то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии

передачи. Причем, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать

более высокое напряжение. Так, например, в высоковольтной линии передачи

Волжская ГЭС — Москва используют напряжение в 500 кв. Между тем генераторы

переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16—20 кв., так как

более высокое напряжение потребовало бы принятия более сложных специальных

мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы.

Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько

уменьшает силу тока. Потери мощности при этом невелики.

Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях

электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение

на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих

трансформаторов. Причем обычно понижение напряжения и соответственно

увеличение силы тока происходит в несколько этапов. На каждом этапе

напряжение становится все меньше, а территория, охватываемая электрической

сетью, - все шире. Схема передачи и распределения электроэнергии приведена

Электрические станции ряда областей страны соединены высоковольтными

линиями передач, образуя общую электросеть, к которой присоединены

потребители. Такое объединение называется энергосистемой. Энергосистема

обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям не зависимо от их

Использование электроэнергетики в различных областях науки.

Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70 % производимой энергии. Крупным потребителем является транспорт. Все большее количество железнодорожных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от электростанций для производственных и бытовых нужд. О применении электроэнергии для освещения жилищ и в бытовых электроприборах знает каждый.

Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей( электросварка, электрический нагрев, плавление металлов, электролиз). Современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. Нарушение снабжения электроэнергией большого города при аварии парализует его жизнь.

ХХ век стал веком, когда наука вторгается во все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д. Естественно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, нос другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование невозобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь.Около 80% прироста ВВП развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Все новое в промышленность, сельское хозяйство и быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки. Большая часть научных разработок начинается с теоретических расчетов. Но если в ХIХ веке эти расчеты производились с помощью пера и бумаги, то в век НТР все теоретические расчеты, отбор анализ научных данных и даже лингвистический разбор литературных произведений делаются с помощью ЭВМ , которые работают на электрической энергии, наиболее удобной для передачи ее на расстояние и использования. Но если первоначально ЭВМ использовались для научных расчетов, то теперь из науки компьютеры пришли в жизнь. Сейчас они используются во всех сферах деятельности человека: для записи их ранения информации, создания архивов, подготовки и редактирования текстов,выполнения чертежных и графических работ, автоматизации производства исельского хозяйства. Электронизация и автоматизация производства - важнейшие последствия "второй промышленной" или "микроэлектронной"революции в экономике развитых стран. Все новые теоретические разработки после расчетов на ЭВМ проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны - многочисленные измерительные приборы, ускорители, электронные микроскопы ,магниторезонансные томографы и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии. Очень бурно развивается наука в области средств связи и коммуникаций. Спутниковая связь используется уже не только как средство международной связи, но и в быту - спутниковые антенны не редкость и в нашем городе. Новые средства связи, например волоконная техника, позволяют значительно снизить потери электроэнергии в процессе передачи сигналов на большие расстояния. Не обошла наука и сферу управления. По мере развития НТР, расширения производственной и непроизводственной сфер деятельности человека, все более важную роль в повышении их эффективности начинает играть управление. До начала "кибернетической" революции существовала только бумажная Информатика, основным средством восприятия которой оставался человеческий мозг, и которая не использовала электроэнергию. "Кибернетическая" революция породила принципиально иную - машинную информатику, соответствующую гигантски возросшим потокам информации, источником энергии для которой служит электроэнергия. Созданы совершенно новые средства получения информации, ее накопления, обработки и передачи, в совокупности образующие сложную информационную структуру. Она включает АСУ (автоматизированные системы управления), информационные банки данных, автоматизированные информационные базы, вычислительные центры, видеотерминалы, копировальные и фото телеграфные аппараты, общегосударственные информационные системы, системы спутниковой и скоростной волокнисто-оптической связи - все это неограниченно расширило сферу использования электроэнергии.

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

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

В нашем проекте мы расскажем о возможных экологически-чистых источниках энергии, которыми бы люди не загрязняли окружающий мир, в котором мы живём.

1.Ветровая энергия

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Они дают довольно много энергии, тем более если поставить несколько ветроэлектрических станций, то этой энергии хватит на долго.

Но существует несколько важных проблем: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ветра в безветренную погоду.

Для этого существует простое решение: ветряное колесо движет насос, которой накачивает воду в расположенное ниже водяное хранилище и вода стекая вниз приводит в действие водяную турбину. Существует ещё один более перспективный способ – электрический ток от ветряной мельницы разлагает воду на кислород и водород, который хранится в хранилище и его можно сжигать на тепловых электростанциях по мере надобности.

2.Энергия рек

Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода – ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Вода была первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энергию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке уже пользовались водяным колесом в виде вала с лопатками.

Шагом вперед было водяное колесо Витрувия. Это вертикальное колесо с большими лопатками и горизонтальным валом. Вал колеса связан деревянными зубчатыми колесами с вертикальным валом, на котором сидит мельничный жернов.

Этот способ получения энергии даёт меньше энергии, чем ветровой, но тоже весьма практичен и не требует много затрат.

3.Геотермальная энергия

Земля, эта маленькая зеленая планета, наш общий дом, из которого мы пока не можем, да и не хотим, уходить. По сравнению с мириадами других планет Земля действительно невелика: большая ее часть покрыта уютной и живительной зеленью. Но эта прекрасная и спокойная планета порой приходит в ярость, и тогда с ней шутки плохи – она способна уничтожить все, что милостиво дарила нам с незапамятных времен. Грозные смерчи и тайфуны, неукротимые воды рек и морей разрушают все на своем пути, лесные пожары за считанные часы опустошают огромные территории вместе с постройками и посевами.

Но все это мелочи по сравнению с извержением проснувшегося вулкана. Едва ли сыщешь на Земле другие примеры стихийного высвобождения природной энергии, которые по силе могли бы соперничать с некоторыми вулканами.

С геологической точки зрения геотермальные энергоресурсы можно разделить на гидротермальные конвективные системы, горячие сухие системы вулканического происхождения и системы с высоким тепловым потоком.

4.Гидротермальные системы

К категории гидротермальных систем относят подземные бассейны пара или горячей воды, которые выходят на поверхность земли, образуя гейзеры, сернистые грязевые озера и фумаролы. Образование таких систем связано с наличием источника теплоты горячен или расплавленной скальной породой, расположенной относительно близко к поверхности земли. Они обычно размещаются по границам тектонических плит земной коры, которым свойственна вулканическая активность.

В принципе для производства электроэнергии на месторождениях с горячей водой применяется метод, основанный на использовании пара, образовавшегося при испарении горячей жидкости на поверхности. Этот метод использует то явление, что при приближении горячей воды (находящейся под высоким давлением) по скважинам из бассейна к поверхности давление падает и около 20 % жидкости вскипает и превращается в пар.

Этот способ очень трудно осуществить этот способ в Латвии, так как очень трудно найти подводные воды в Латвии.

5.Горячие системы вулканического происхождения

Ко второму типу геотермальных ресурсов (горячие системы вулканического происхождения) относятся магма и непроницаемые горячие сухие породы (зоны застывшей породы вокруг магмы и покрывающие ее скальные породы). Получение геотермальной энергии непосредственно из магмы пока технически неосуществимо. Технология, необходимая для использования энергии горячих сухих пород, только начинает разрабатываться. Предварительные технические разработки методов использования этих энергетических ресурсов предусматривают устройство замкнутого контура с циркулирующей по нему жидкостью, проходящего через горячую породу. Сначала пробуривают скважину, достигающую области залегания горячей породы; затем через нее в породу под большим давлением закачивают холодную воду, что приводит к образованию в ней трещин. После этого через образованную таким образом зону трещиноватой породы пробуривают вторую скважину. Наконец, холодную воду с поверхности закачивают в первую скважину. Проходя через горячую породу, она нагревается (извлекается через вторую скважину в виде пара или горячей воды, которые затем можно использовать для производства электроэнергии одним из рассмотренных ранее способов).

Этот способ невозможно использовать этот способ, в связи с отсутствием вулканов.

6.Системы с высоким тепловым потоком

Геотермальные системы третьего типа существуют в тех районах, где в зоне с высокими значениями теплового потока располагается глубокозалегающий осадочный бассейн. В таких районах, как Парижский или Венгерский бассейны, температура воды, поступающая из скважин, может достигать 100 °С.

Особая категория месторождений этого типа находится в районах, где нормальный тепловой поток через грунт оказывается в ловушке из изолирующих непроницаемых пластов глины, образовавшихся в быстро опускающихся геосинклинальных зонах или в областях опускания земной коры. Температура воды, поступающей из геотермальных месторождений в некоторых зонах, может достигать 150–180°С.

7. Энергия мирового океана

8.Энергия приливов и отливов

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой, Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив. Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна, наступает слабый прилив. Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.

Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

С помощью научных формул можно рассчитать место, где можно поставить электростанцию и получить самое большое количество энергии.

9. Энергия солнца

Для древних народов Солнце было богом. В Верхнем Египте, культура которого восходит к четвертому тысячелетию до н.э., верили, что род фараонов ведет свое происхождение от Ра – бога Солнца. Надпись на одной из пирамид представляет фараона как наместника Солнца на Земле, «который исцеляет нас своей заботой, когда выйдет, подобно Солнцу, что дает зелень землям.

Своей жизнетворной силой Солнце всегда вызывало у людей чувства поклонения и страха. Народы, тесно связанные с природой, ждали от него милостивых даров – урожая и изобилия, хорошей погоды и свежего дождя или же кары – ненастья, бурь, града. Поэтому в народном искусстве мы всюду видим изображение Солнца: над фасадами домов, на вышивках, в резьбе и т. п.

Во всех приведенных примерах солнечная энергия используется косвенно, через многие промежуточные превращения. Заманчиво было бы исключить эти превращения и найти способ непосредственно преобразовывать тепловое и световое излучение Солнца, падающее на Землю, в механическую или электрическую энергию. Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько ее содержится во всех разведанных запасах ископаемых топлив, а за 1 с – 170 млрд.

Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Существуют несколько способ применения солнечной энергии как альтернативной энергии: водоём, нагреваемый солнцем, плита с аккумулятором, находящаяся на возвышенности и изогнутое зеркало.

10.Атомная энергия

Энергетический ядерный реактор устроен довольно просто – в нем, так же как и в обычном котле, вода превращается в пар. Для этого используют энергию, выделяющуюся при цепной реакции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор.

Атомные реакторы на тепловых нейтронах различаются между собой главным образом по двум признакам: какие вещества используются в качестве замедлителя нейтронов и какие в качестве теплоносителя, с помощью которого производится отвод тепла из активной зоны реактора. Наибольшее распространение в настоящее время имеют водо-водяные реакторы.

11. Водородная энергетика

Передача электроэнергии по проводам обходится очень дорого: она составляет около трети себестоимости энергии для потребителя. Чтобы снизить расходы, строят линии электропередачи все более высокого напряжения. Но воздушные высоковольтные линии требуют отчуждения большой земельной площади, к тому же они уязвимы для очень сильных ветров и иных метеорологических факторов. А подземные кабельные линии обходятся в 10 – 20 раз дороже, и их прокладывают лишь в исключительных случаях (например, когда это вызвано соображениями архитектуры или надежности).

Серьезнейшую проблему составляет накопление и хранение электроэнергии, поскольку электростанции наиболее экономично работают при постоянной мощности и полной нагрузке. Между тем спрос на электроэнергию меняется в течение суток, недели и года, так что мощность электростанций приходится к нему приспосабливать. Единственную возможность сохранять впрок большие количества электроэнергии в настоящее время дают гидроаккумулирующие электростанции, но и они в свою очередь связаны с множеством проблем.

Все эти проблемы, стоящие перед современной энергетикой, могло бы – по мнению многих специалистов – разрешить использование водорода в качестве топлива и создание так называемого водородного энергетического хозяйства.

Водород, самый простой и легкий из всех химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода образуется вода, которую можно снова разложить на водород и кислород, причем этот процесс не вызывает никакого загрязнения окружающей среды.

Водород – синтетическое топливо. Его можно получать из угля, нефти, природного газа либо путем разложения воды. Согласно оценкам, сегодня в мире производят и потребляют около 20 млн. т водорода в год. Половина этого количества расходуется на производство аммиака и удобрений, а остальное – на удаление серы из газообразного топлива, в металлургии, для гидрогенизации угля и других топлив. В современной экономике водород остается скорее химическим, нежели энергетическим сырьем.

Его можно транспортировать по трубам как природный газ.

Ещё одно полезное качество водорода – им можно заменить бензин и выхлопные газы больше не будут загрязнять нашу природу.

Солнце — это гигантский светящийся источник излучения, посылающий непрерывно огромное количество энергии в направлении Земли. Жизнь на Земле была бы невозможна без солнечного тепла и света. Благодаря солнечной энергии происходит кругооборот воздуха и воды, идут процессы фотосинтеза в растениях, выделяется кислород.

Как использовать энергию Солнца?

Для получения энергии человечество в основном опустошает запасы угля, нефти и газа, которых с каждым днем становится все меньше. Использование атомной энергии сопряжено с огромными рисками и несет огромную опасность для окружающей среды. Поэтому над увеличением использования энергии солнца на Земле работают ученые всех стран мира.

Рис. 1. Солнце — светящийся.

Солнечное излучение достигает Землю всего за 480 сек.

Сколько энергии от Солнца можно получить

Солнце посылает в сторону Земли 20 миллионов эксаджоулей (ЭДж) в год. 1 ЭДж=10 18 Дж. На Земле поступает примерно 25%. Из этой энергии 70% поглощается атмосферой, отражается и теряется. Непосредственно на поверхность Земли доходит 1,54 миллиона эксаджоулей в год. Эта величина превышает в 5 раз весь запас энергии углеводородного топлива (уголь, нефть, газ), накопленный на Земле за миллионы лет. Большая часть энергии на поверхности нашей планеты превращается в тепло. Тепло греет землю, воду и воздух. На это тратится малая часть поступившей энергии. Например, растения потребляют всего 0,5% от поступившей солнечной энергии. Таким образом, резервы энергии, которые человечество может использовать вместо сжигания углеводородов, поистине безграничны.

Примеры использования энергии Солнца на Земле

Самым простым примером использования солнечной энергии является летний душ на даче, в котором вода нагревается благодаря Солнцу. Солнечная энергия сегодня используется в таких сферах жизнедеятельности, как:

Энергоснабжение частных домов, пансионатов, санаториев;
Энергоснабжение населённых пунктов, находящихся вдали от городской инфраструктуры;
Сельское хозяйство;
Космонавтика;
Экотуризм;
Уличное освещение, декоративная подсветка на дачных участках;
Жилищно-коммунальное хозяйство;
Зарядные устройства (зарядка калькуляторов, часов, мобильных гаджетов).

Еще недавно эти технологии применялись только в военной сфере и космонавтике. С помощью фотоэлементов на солнечных батареях снабжались энергией спутники и наземные специальные объекты.

Рис. 2. Космический аппарат с солнечными батареями.

Сейчас солнечная энергетика стала использоваться в быту и промышленном производстве. Сегодня часто можно встретить гелиосистемы в южных регионах. Чаще всего они используются в частном секторе, а также в мелком туристическом бизнесе (санатории, дома отдыха и т. п.).

Как сегодня используется солнечная энергия

Энергию солнечного излучения преобразовывают на Земле в тепловую и электрическую энергии с помощью пассивных и активных систем. К пассивным системам относятся здания, при строительстве которых применяют стройматериалы, которые эффективно поглощают энергию солнечной радиации. В свою очередь, к активным системам относятся тепловые коллекторы, преобразовывающие солнечную радиацию в энергию, а также фотоэлементы, конвертирующие ее в электричество.

Солнечные батареи

Полупроводниковые элементы (кремниевые пластины, Si) генерируют электрический ток при попадании на них солнечного света, благодаря фотоэффекту который открыл Альберт Энштейн. Набор из большого числа пластин фотоэлементов образует солнечную батарею. Такие фотоэлектрические преобразователи легко использовать, так как они имеют небольшой вес, просты в обслуживании, а также являются достаточно эффективными в качестве преобразователей солнечной мощности. Работы над повышением коэффициента полезного действия (кпд) солнечных батарей ведутся непрерывно. Если в середине прошлого века их кпд составлял 1%, то сейчас он достигает 15%.

Рис. 3. Солнечные батареи на крышах домов или на земле.

К 2020 году Китай планирует разместить в космосе солнечную электростанцию.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, как с помощью пассивных и активных систем энергия солнечного излучения преобразовывается в тепловую и электрическую энергии. Солнечные батареи на базе полупроводниковых элементов позволяют создавать экологически чистые электростанции особенно в регионах с большим количеством солнечных дней. На основе этой информации можно подготовить доклад “Использование энергии Солнца на Земле”. Для презентации доклада в классе можно продемонстрировать работу фотоэлемента, например, с помощью фотоэкспонометра.

Читайте также: