Енергія та її види. Закон збереження енергії . Не обраний. Читать

18.07.2015

Тема: Енергія та її види. Закон збереження енергії

студентки 108 групи

факультет білоруської філології та культури

Енергія та її види. Альтернативні види енергії

В даний час в усьому світі спостерігається підвищений інтерес до використання в різних галузях економіки нетрадиційних відновлюваних джерел енергії (НВДЕ). Ведеться бурхлива дискусія про вибір шляхів розвитку енергетики. Це пов’язано, насамперед, зі зростаючою необхідністю охорони навколишнього середовища.

Рушійною силою цього процесу є зміни, що відбуваються в енергетичній політиці країн зі структурною перебудовою паливно-енергетичного комплексу, пов’язаної з екологічною ситуацією, що складається в даний час як переходом на енергозберігаючі та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, так і в промисловості і в житлово-цивільному комплексі.

у світі Щороку збільшується число міжнародних симпозіумів, конференцій і зустрічей учених і фахівців, що розглядають стан і перспективи розвитку цього напрямку енергетики.

Значну увагу цій проблемі приділяється організаціями, що входять в ООН, такими як ЮНЕСКО, ЄЕК, ЮНЕП, ЮНИДС, а також іншими міжурядовими та неурядовими міжнародними організаціями. Виділяються значні кошти на роботи у сфері НВДЕ з цільових асигнувань ЄЕС, Європейського фонду національного розвитку, Євроатому та інших організацій.

Наближається загроза паливного голоду», а також забруднення навколишнього середовища і той факт, що приріст потреби в енергії значно випереджає приріст її виробництва, змушує багато країн з нових позицій звернути увагу на енергію сонячних променів, вітру, води, тепла земних надр, тобто на енергію, велика частина якої розчиняється в просторі, не завдаючи ані шкоди, ані користі.

В даний час на виробництво тепла і електрики витрачається щорічно кількість тепла, еквівалентну приблизно 1000 трлн. барелів нафти, спалювання яких сильно засмічує атмосферу Землі.

Досвід.

У 1990 р. перше місце за обсягом бюджетних асигнувань на НДДКР у сфері НВДЕ зберігалося за США, друге – в Японії, у німеччині – третє, далі йдуть Італія, Іспанія, Великобританія і Нідерланди. Відзначається також певна зміна пріоритетів у ставленні до різних видів НВДЕ. Перше місце належить тепер сонячній енергетиці, друге – біоенергетиці, яка кілька відтіснила вітроенергетику. Останнє пояснюється тим, що багато вітроенергетичні проекти не доведені до промислової і комерційної стадії. Третє місце залишилося за геотермальної енергетики.

У «Білій книзі» ООН (1992), присвяченій ролі НВДЕ наведена оцінка питомих витрат на будівництво енергетичних установок на нетрадиційних поновлюваних джерелах енергії.

Очікувана вартість у доларах 1 кВт встановленої потужності в 1998 р. оцінюється: для ТЕС на вугіллі потужністю 300 МВт – 2283, для групи вітроустановок потужністю 75 МВт – 1434. Для електростанцій на біомасі потужністю 40 МВт – 7085, Геотес потужністю 113 МВт – 1527, сонячні електростанції модульного типу потужністю 30 МВт – 4497, фотоелектричні станції потужністю 100 МВт – 3800 МВт – 4200. Частка НВДЕ в світовому паливно-енергетичному балансі світу в 1985 р. склала 17,6%, в тому числі гідроенергія 5,8% (частка серед НВДЕ 33%), біомаса з природних джерел та енергетичних плантацій – 10,3% (58% всіх НВДЕ), відходи сільського господарства – 1,2%. Очікується, що до 2000 р. внесок НВДЕ зросте до 4807 млн. т. умовного палива, при цьому гідроенергія складе 26%, сонячна енергія 6%, деревне паливо 49%, відходи 15%, енергія вітру 1,8%. До 2020 р. при загальному споживанні НВДЕ приблизно 6944 млн. т. умовного палива, частка різних джерел складе відповідно 25; 9,6; 42 і 13,3%.

Враховуючи все більш загострюються проблеми захисту навколишнього середовища, зроблена спроба оцінки граничних значень можливого використання енергії. В одному з прогнозів зазначається, що для запобігання катастрофічного забруднення навколишнього середовища і збереження різноманіття біологічних вдів на Землі споживання енергії на одну людину в середньому не повинна перевищувати 80 ГДж/рік.

В даний час в США воно складає 280, у Великобританії 150 ГДж.

В одному з прогнозів, розроблених в Іспанії, проведена оцінка можливого використання потенціалу НВДЕ в світі. Технічний гідропотенціал світу оцінений в 1350 ГВт.

За прогнозом розвитку використання НВДЕ, виконаному в США вказується, що ресурси НВДЕ в США більш ніж в 500 разів перевищують обсяги їх споживання і більш ніж в 10 разів ресурси органічного та ядерного палива.

До 2030 р. НВДЕ можуть дати енергію, еквівалентну 50-70 сучасного рівня споживання енергії. НВДЕ, переважно біомаса і гідроресурси, задовольняють зараз приблизно 20% світової потреби в енергії, а енергія біомаси – 35% енергетичних потреб країн.

Гідроенергія і біомаса задовольняють більше 50% енергетичних потреб Норвегії. У промислово розвинених країнах потреба в низькотемпературному теплі становить 30-50% загальної потреби в енергії, а в країнах, що розвиваються, – ще більше. Через кілька десятиліть з допомогою сонячної енергії буде проводитися нагрівання майже всієї потрібної води, а пасивні системи опалення та охолодження будинків знизять потреба в енергії для цих цілей приблизно на 80%.

На Кіпрі, в Ізраїлі, Японії та Йорданії 25-65% потреби в гарячій воді забезпечують геліотермічні установки.

В кінці 1989 р. потужність електрогенеруючих установок в країнах ЄС на НВДЕ становила 1718 МВт. Наприклад, в Португалії потужність установок на біомасі склала 201 МВт, на міських і промислових відходах в Німеччині – 194, У Нідерландах — 164 МВт. В Італії потужність геотермальних установок склала 521 МВт (всього в країнах ЄС 559 МВт). Франція – єдина країна, що володіє великою електростанцією 240 МВт. Данія володіє 77% (253 МВт) усіх вітроустановок ЄС, Нідерланди – 40 МВт.

В країнах ЄС реалізувалася третя чотирирічна програма в області НВДЕ (1990 – 1994 рр..), принциповою метою якої було підвищення конкурентоспроможності Європейської промисловості високих технологій на світовому ринку, в порівнянні з промисловістю США і Японії.

Найважливішим досягненням перших двох програм НДДКР були визнані розробка проекту сонячної електростанції баштового типу, будівництво 15 геліоенергетичних установок потужністю 30 – 300 кВт впровадження технологій з використання енергії біомаси і геотермальної енергії.

У світі експлуатується понад 100 тис. вітроенергетичних установок загальною потужністю 2500 МВт, в тому числі понад 16 тис. у США.

Згідно з прогнозом всесвітньої енергетичної ради, на частку НВДЕ в 2020 р. буде припадати 1150 – 1450 млн. т умовного палива (5,6 – 5,8% загального енергоспоживання). При цьому прогнозована частка окремих видів НВДЕ складе: біомаса – 35%, сонячна енергія – 13%, гідроенергія – 16%, ветроэнергия – 18%, геотермальна енергія – 12%, енергія океану – 6%.

Вітер.

Вітер – один з нетрадиційних джерел енергії. Вітер розглядається фахівцями як один з найбільш перспективних джерел енергії, здатний замінити не тільки традиційні джерела, але і ядерну енергетику.

Вироблення електроенергії за допомогою вітру має ряд переваг:

· Екологічно чисте виробництво без шкідливих відходів;

· Економія дефіцитного дорогого палива (традиційного і для атомних станцій);

· Доступність;

· Практична невичерпність.

В найближчому майбутньому вітер буде скоріше додатковим, а не альтернативним джерелом енергії. За оцінками зарубіжних фахівців (зокрема США), достатня конкурентноздатність вітроенергетичних установок (ВЕУ) порівняно з традиційними типами електростанцій може бути забезпечена при скороченні вартості ВЕУ приблизно в два рази і підвищення їх надійності в 3-5 разів. У багатьох країнах світу (США, ФРН, ДАНІЯ, ІТАЛІЯ, ВЕЛИКОБРИТАНІЯ, НІДЕРЛАНДИ та ін) асигнуються значні державні кошти на НДДКР в області створення ВЕУ. Особливу увагу при проведенні цих робіт приділяється підвищенню надійності установок, їх безпеки, зниження шуму, зменшення перешкод тілі — і радиокоммуникаций.

В даний час можна виділити наступні сановиті напрями використання енергії вітру:

Безпосередня вироблення механічної або теплової енергії (ветротепловые, ветронасосние, ветрокомпрессорные, млинові і т. п. установки);

Задоволення потреб в електроенергії дрібних підприємств, фірм, установ і т. п.

За даними ООН, до 2000 р. частка нових і поновлюваних джерел енергії складе більше 13% енергоресурсів і буде еквівалентна використання приблизно 1 млрд. т нафти, що трохи менше від частки природного газу і більш ніж в два рази перевершує частку ядерної енергії.

Використання енергії вітру. В Данії в 1994 р. діяло приблизно 3600 вітрових енергетичних установок (ВЕУ), забезпечуючи 3% загальної потреби в електроенергії. У Каліфорнії (США) діє 15 000 ВЕУ, що забезпечують електроенергією жителів Сан-Франциско. На кінець 1993 р. у світі було приблизно 20 000 ВЕУ, що виробляють 3000 МВт/год електроенергії в рік. У 80-х роках питома вартість ВЕУ становила 3000 дол/кВт, а вартість вироблюваної електроенергії понад 20 центів/(кВт / год). У подальшому за рахунок удосконалення ВЕУ питома вартість знизилася до 1000-1200 дол/кВт, а вартість виробленої електроенергії до 7-9 центів/(кВт-ч). Для порівняння на нових ТЕС, що працюють на газі та вугіллі, вона складає 4-6 центів/(кВт-ч). Багато американські і європейські компанії, багато уряду успішно просувають вітрову технологію, розуміючи її значимість. Так, в Каліфорнії в 1987 р. встановлена потужність ВЕУ, складала 13% по відношенню до загальної генеруючої потужності, а в 1990 р. — 24%.

В даний час найбільшого поширення отримують ВЕУ потужністю 300-750 кВт в порівнянні з раніше застосовувалися ВЕУ потужністю 100кВт. В нових конструкціях ВЕУ використовується аеродинамічний профіль вітрового колеса, що виготовляється з синтетичних матеріалів. Насичується конструкція багатьма електронними пристроями, включаючи контроль за зміною швидкості вітру, що забезпечують ефективність використання вітру. Нові конструкції краще пристосовані до режиму вітру, в 1994 р. вартість вироблюваної електроенергії вже склала 4-5 центів/(кВт-ч).

У США планується використовувати енергію вітру (крім Каліфорнії) у штатах Міннесота, Монтана, Нью-Йорк, Орегон, Техас, Вермонт, Вашингтон, Вісконсін та ін. ВЕУ займають в даний час 0,6% площі країни. При використанні вітру в 48 штатах може бути вироблено до 20% потреби в енергії США. Теоретичні розрахунки показують, що в трьох штатах: Північна і Південна Дакота і Техас потреба в електроенергії може бути повністю забезпечена за рахунок енергії вітру.

У Північній Німеччині вартість вироблюваної електроенергії ВЕУ становить 13 центів/(квт * г). Передбачалося до 1995 р. ввести веу загальною потужністю 500 МВт і вже в першій половині 1994 р. встановлена потужність ВЕУ склала 95 МВт.

У Данії загальна потужність ВЕУ незабаром може досягти потужності ВЕУ Німеччини і Великобританії, разом узятих і перевищить 1000 МВт до 2005 р.

Європейський союз передбачає довести потужність ВЕУ до 4000 МВт до 2000 р. і 8000 МВт до 2005 р. У середині 1994 р. в Європі вже було побудовано ВЕУ загальною потужністю 1400 МВт і в 1995 р. ця цифра може досягти 2000 МВт.

В Індії найбільший вітряної бум, підтриманий урядом, почався в 1994 р. Вже в середині 1994 р. було введено в експлуатацію 120 МВт і протягом наступних 12 міс. повинно бути введено ще 970 МВт. В результаті виконання цієї програми в деяких регіонах Індії розташовується генеруюча потужність зросла в десятки разів.

У Китаї, Новій Зеландії, Швейцарії, Канаді і на Кубі офіційно передбачалося в 1994 р. приступити до здійснення проектів будівництва ВЕУ.

На Україні з допомогою американських фірм передбачається будівництво ВЕУ загальною потужністю 500 МВт.

Серед країн, які ще мають можливість розвитку вітроенергетики, слід вказати Аргентину, Канаду, Китай, Росію, Мексику, Південну Америку і Туніс, де можливо за рахунок енергії вітру покривати до 20% потреби в електроенергії.

Нарешті, 20 малих субтропічних країн, де потреби в електроенергії задовольняються за рахунок дорогих дизель-генераторних установок, мають можливість розвивати використання вітру.

Розвиток вітроенергетики як джерела енергії в деяких країнах стикається з протидією. З одного боку, вітрові ферми займають великі площі. іншого боку, виникають проблеми, пов’язані з зміною ландшафту при будівництві ВЕУ. Площі, займані ВЕУ, можуть бути використані для сільськогосподарських потреб. Вартість 1 га землі в залежності від регіонів може становити від 100 до 2500 дол. і більше. Досвід підказує, що вимоги збереження естетики в більшості випадків можуть бути вирішені.

Інший проблемою, пов’язаною з будівництвом ВЕУ, яка виникла у 1994 р. стала потенційна можливість загибелі птахів на шляхах їх міграції. Орнітологи вказують, що деякі шляхи міграції птахів проходять через площі, займані ВЕУ. У зв’язку з цим виникла необхідність провести наукові дослідження для розуміння природи та масштабів проблеми. Експерти сподіваються на успішне її вирішення.

Важливими проблемами також є вплив рівня шуму, що створюється установкою і вплив роботи ВЕУ на системи радіозв’язку. Широке застосування ефективних матеріалів, електронних пристроїв і параболоциліндричні концентратори дозволило побудувати СЕС із зменшеною вартістю — системи модульного типу. Почалося впровадження цих систем в Каліфорнії фірмою Луз (Ізраїль). Були підписані контракти з фірмою Едісон на будівництво в південній Каліфорнії серії СЕС.

В якості теплоносія використовувалася вода, а отриманий пар подавався до турбін. Перша СЕС, побудована в 1984 р. мала ККД 14,5%, а собівартість виробленої електроенергії 29 центів/(кВт-ч). В 1994 р. фірма Луз реорганізована в компанію Солел, що базується в Ізраїлі, і продовжує успішно працювати над створенням СЕС, веде будівництво СЕС потужністю 200 МВт, а також розробляє нові системи акумулювання енергії. У період між 1984 і 1990 р. фірмою Луз було побудовано дев’ять СЕС загальною потужністю 354 МВт. Останні СЕС, побудовані фірмою Луз, що виробляють електроенергію з 13 центів/(кВт-год) з перспективою зниження до 10 центів/(впт-год). Д. Мілі з університету Сіднея поліпшив конструкцію сонячного концентратора, використавши стеження за Сонцем по двох осях і застосувавши вакуумированный теплоприемник, отримав ККД 25 — 30%. Вартість одержуваної електроенергії складе 6 центів/(кВт-ч).

Будівництво першої експериментальної установки з таким концентратором розпочато в 1994 р. а Австралійському національному університеті, потужність установки 2 МВт. Вважають, що подібна система буде створена в США після 2000 р. і вона дозволить знизити вартість одержуваної електроенергії до 5,4 цента/(кВт-ч). При таких показниках будівництво СЕС стане економічним і конкурентоспроможним порівняно з ТЕС.

Іншим типом СЕС, отримали розвиток, стали установки з двигуном Стірлінга, розміщених у фокусі параболічного дзеркального концентратора. ККД таких установок «може досягати 29%. Передбачається використовувати подібні СЕС невеликої потужності для електропостачання автономних споживачів у віддалених місцевостях.

ВЕС. В перспективі можна використовувати для отримання електроенергії різниця температури шарів води в океані, яка може досягати 20°С. Станції на цій основі (ВЕС) знаходяться в розробці. Перший варіант подібної установки потужністю 5 МВт проектується в Ізраїлі. Менші по потужності установки діють в Австралії, Каліфорнії і ряді інших країн. Основна складність перспективи їх використання — низька економічність і як наслідок відсутність комерційного інтересу.

Фотоенергетика.

Починаючи з 70-х років уряду індустріальних країн витратили мільярд доларів на розробки фотоелектричних перетворювачів. За останні 10 років вартість фотоелектричних перетворювачів знижувалася і в 1993 р. досягла 3,5-4,75 дол/Вт, а вартість одержуваної енергії 25-40 центів/(кВт/год). Світовий обсяг виробництва з 6,5 МВт в 1980 р. збільшився до 29 МВт в 1987 р. і в 1993 р. склав більше 60 МВт.

У Японії щорічно випускається 100 млн. калькуляторів загальною потужністю 4 МВт, що складає 7% світової торгівлі фотоелектричними перетворювачами. Понад 20 тис. будинків в Мексиці, Індонезії, Південній Африці, Шрі-Ланці та в інших країнах використовують фотоелектричні системи, змонтовані на дахах будинків, для отримання електроенергії для побутових цілей.

Найкращим прикладом використання таких систем є Домініканська республіка, де 2 тис. будинків мають фотоелектричні установки, сконструйовані в останні 9 років. Вартість такої установки 2 тис. дол.

У Шрі-Ланці витрачено 10 млн. дол на електрифікацію 60тис. будинків з допомогою фотосистем. Вартість установки потужністю 50Вт, що включає фотопанель, джерело світла і акумуляторну батарею, становить 500 дол.

У майбутньому вартість установки для малих систем буде знижуватися, наприклад установки з люмінесцентними лампами. У Кенії протягом останніх років 20 тис. будинків електрифіковано з допомогою фотосистем у порівнянні з 17 тис. будинками, де за цей час запроваджено централізоване електропостачання. У Зімбабве за рахунок кредиту в 7 млн. дол, виділеного в 1992 р. буде електрифіковано 20 тис. будинків протягом 5 років. Світовим банком надано кредит в 55 млн. дол. для електрифікації 100 тис. будинків в Індії фотосистемами. У США вартість 1 км розподільчих електромереж становить 13-33 тис. дол. Контракт на установку потужністю 500 МВт, що включає електропостачання будинку, освітлення, радіо, телебачення та комп’ютер, становить не менше 15 тис. дол. (включаючи акумуляторну батарею). Вже є 50 тис. таких установок в містах і щорічно будується близько 8 тис. установок. Серед індустріальних країн, крім США також лідирують у використанні фотосистем у будинках Іспанія і Швейцарія.

Якщо навіть щорічно в світі буде забезпечуватися фотосистемами 4 млн. будинків (1% тих, що електрифікуються щорічно), то загальна встановлена потужність фотосистем складе всього 200 МВт, що в 4 рази менше світового виробництва їх у 1993 р. Якщо виробництво фотосистем досягне щорічно 1% загального продажу енергії у світі, то їх виробництво порівняно з сучасним рівнем повинно зрости вдесятеро, а збільшення до 10% цієї продажу призведе до стократному зростанню виробництва фотосистем.

Для успішного впровадження фотосистем їх питома вартість повинна бути знижена в 3-5 разів перш, ніж з’являться великі енергосистеми.

Половина продажу кремнію припадає на монокристали, полікристалічна модифікація також має велике майбутнє. Велике майбутнє будуть мати тонкоплівкові системи, зокрема на основі аморфного кремнію. Деякі зразки фотоэлектро-перетворювачів на основі аморфного кремнію мають ККД 10%, питому вартість 1 дол/Вт, вартість одержуваної електроенергії 10-12 центів/(кВт/год) — це нижче, ніж була її вартість у 1993 р. Є перспектива зниження вартості до 2000 р. до 10 центів/(кВт /год) і до 4 центів/(кВт /год) до 2020 р.

Отже, фотоенергетика може стати провідним джерелом енергії світової великої індустрії. Це підтверджують зроблені в 1994 р. розробки, вважають експерти. В результаті створення нових технологій і підвищення технічного рівня продукції може бути подоланий бар’єр для впровадження фотоелектричних систем, пов’язаний з високою їх вартістю. Так, за ініціативи корпорації » Енрон ведеться розробка фотоелектричної станції потужністю 100 МВт для будівництва в Неваді, на якій вартість вироблюваної електроенергії складе 5,5 цента/кВт/год).

Основними технологічними рішеннями по використанню енергії є: перетворення сонячної енергії в електричну і отримання теплової енергії для цілей теплопостачання будівель.

Пряме використання сонячної енергії в умовах Криму, для вироблення в даний час електроенергії, вимагає великих капітальних вкладень і додаткових науково-технічних напрацювань.

У 1986 р. поблизу р. Щолкіне побудована перша в світі сонячна електростанція (СЕС-5) потужністю 5 тис. кВт. До 1994 р. вона виробила близько 2 млн. кВт. годину електроенергії. Експеримент з СЕС показав реальність перетворення сонячної енергії в електричну, але вартість електроенергії, що відпускається виявилася занадто високою, що в умовах ринкової економіки є малоперспективним.

Перспективність застосування фотоелектричного методу перетворення сонячної енергії зумовлено його максимальної екологічної чистотою перетворення, значним терміном служби фотоелементів і малими витратами на їх обслуговування. При цьому простота обслуговування, невелика маса, висока надійність та стабільність фотоэлектропреобразователей робить їх привабливими для широкого використання в Криму.

Основними завданнями щодо широкого впровадження фотоелектричних джерел живлення є:

· розробка науково-технічних рішень по підвищенню ККД фотоелементів;

· -застосування високоефективних фотоелементів з використанням концентраторів сонячного випромінювання.

Геотермальна енергія.

За минулі 15 років виробництво електроенергії на геотермальних електростанціях (Геотес) у світі значно зросла. Роботи по вивченню геотермальних джерел та створення прогресивних систем для отримання та практичного використання геотермальної енергії ведуться в Україні і багатьох зарубіжних країнах. В останні два десятиліття виконувалися великі програми науково-дослідних, дослідно-конструкторських і технологічних робіт в цьому напрямку. Накопичено також певний досвід створення та багаторічної експлуатації дослідно-промислових і промислових геотермальних установок різного призначення.

Розробка і освоєння інтенсивних технологій вилучення теплоносія і створення ефективних систем використання теплоти надр є головною науковою та інженерно-технічною проблемою енергетики. Без створення таких технологій і установок не можна розраховувати на широкомасштабне використання цього енергоджерела.

Енергія біомаси

Великі можливості у власному енергозабезпечення сільськогосподарських підприємств та економії ПЕР закладені у використанні енергії відходів сільгоспвиробництва та рослинної біомаси. У сільськогосподарському виробництві в якості джерел тепла можна прийняти будь-які рослинні відходи, непридатні для використання за прямим призначенням або не знайшли іншого господарського застосування.

За останній час використання біомаси в різних її формах (дерево, деревне вугілля, відходи сільськогосподарського виробництва та тварин) у світі в цілому знизилося.

Проте в країнах цей вид енергоресурсів становить в середньому 20%. При цьому в ряді країн Африки використання біомаси для енергетичних цілей дорівнює приблизно 60% загального енергоспоживання, в азіатських країнах — 40%, у країнах Латинської Америки 0 до 30% і в ряді країн Європи, Близького Сходу і Поганою Африки до 10%.

У ряді країн використання деревного палива, деревного вугілля і сільськогосподарських відходів поставлено на комерційну основу. Слід зазначити, що в сільських районах колишнього СРСР частка використання деревного палива досить значна і при переході на нові енергоносії можна очікувати певного зростання самозаготовок.

Зазначене особливо важливе в країнах з тропічним кліматом і у великих містах, де проблема ліквідації і одночасно енергетичного використання відходів відіграє особливо важливу роль. За минулі 10 дет тільки три країни – США, Данія і Швеція довели виробництво електроенергії, але установках, що використовують біомасу відходів до 400 МВт.

Значний розвиток отримала переробка біомаси, заснована на процесах газифікації, теролиза та отримання рідких палив. Починаючи з 1980 р. щорічне виробництво етанолу досягла, наприклад, у Бразилії, 10 млн. л.

При переробці біомаси в етанол утворюються побічні продукти, насамперед – промивні води і залишки перегонки. Останні є серйозним джерелом екологічного забруднення навколишнього середовища. Інтерес представляють технології, які дозволяють в процесі очищення цих відходів отримувати мінеральні речовини, що використовуються в хімічній промисловості, а також застосовувати їх для виробництва мінеральних добрив.

Теплотворна здатність спалювання 1 т сухої речовини соломи еквівалентна 415 кг сирої нафти, теплотворність 1 кг пшеничної соломи і сухих кукурудзяних стебел дорівнює 15,5 МДж, соєвого соломи — 14,9. рисового лушпиння — 14,3. соняшникового лушпиння — 17, 2 МДж. За цим показником рослинні відходи рільництва наближаються до дров — 14,6-15,9 МДж/кг і перевершують буре вугілля — 12,5 МДж/кг

Отримання промислового біогазу рослинного і тваринного походження можливо за рахунок їх зброджування (метанового бродіння) з отриманням метану і знезаражених органічних добрив. Теплотворна здатність 1 куб. м біогазу, що складається з 50-80% метану і 20-50% вуглекислого газу, дорівнює 10-24 МДж і еквівалентна 0,7-0,8 кг умовного палива.

Проблеми утилізації твердих побутових відходів (побутового сміття) гостро стоять перед усіма країнами. Вихід сміття становить 250-700 кг на душу населення в рік, збільшуючись на 4-6% в рік, випереджаючи приріст населення.

Рішення проблеми переробки сміття знайдено у використанні технології твердофазного зброджування на облаштованих полігонах з отриманням біогазу. Ця технологія найдешевша, не оперує з токсичними викидами і стоками.

В даний час в світі діють десятки установок для отримання біогазу зі сміття з використанням його в основному для виробництва електроенергії і тепла сумарно потужністю сотні МВт. Вирішується питання повернення для використання під забудову земель після видобування газу. Створена модульна біоенергетична установка «КОБОС». З її допомогою можуть бути перероблені відходи ферми великої рогатої худоби на 400 голів та свиноферми на 3000 голів. Комплекс обладнання забезпечує підготовку, транспортування, зброджування гнойової маси, збір біогазу та управління процесом.

Біогаз частково спалюється в топках котлів, підігрівають технічну воду, частково подається в дизель-генератор. Перебродившая гнойова маса використовується в якості повноцінного органомінерального добрива. Вихід біогазу складає 500 м куб/добу.

ВИЭСХом розроблений анаеробний біофільтр, призначений для виробництва біогазу із стічних вод сільськогосподарського виробництва і комунального господарства, харчової та мікробіологічної промисловості.

В останні роки у зв’язку з лавиноподібним накопиченням зношених автомобільних шин, особливо з урахуванням посилення вимог щодо їх зберігання (на ряді звалищ виникли пожежі (які не вдавалося загасити роками), активно розвивається технологія їх спалювання.

Біогаз з високою ефективністю може трансформуватися в інші види енергії, при цьому коефіцієнт його корисного використання в якості палива на газогенераторах може становити до 83%. Виробництво біогазу в деяких зарубіжних країнах вже зайняло провідне положення в енергетичному балансі сільськогосподарського виробництва.

Хвильова енергія.

Основне джерело поновлюваної енергії – сонце. Другий за величиною Світовий океан, що є одночасно і природним концентратори сонячної енергії. Форми акумуляції енергії в океані різноманітні. Енергетичні джерела океану мають різні за потенціалом ресурси. Значні енергетичні можливості містять в собі: теплова енергія океану, течії та хвилі, припливи, коливання солоності, біомаса.

Дослідження дають підставу зробити висновок, що хвилі в порівнянні з іншими поновлюваними джерелами енергії океану мають досить хорошими показниками, що дозволить в майбутньому ефективно використовувати їх енергію.

Кожна хвиля моря, що прямують до берега, несе з собою величезну енергію (наприклад, хвиля заввишки 3 м несе близько 90 кВт потужності на 1 м узбережжя). В даний час є реальні інженерні та технічні можливості для ефективного перетворення хвильової енергії в електричну. Однак надійні волноустановки поки не розроблені. Досвід використання хвильових електростанцій вже є і в СНД, і в інших країнах світу.

В перспективі енергію морських хвиль можна залучити в загальний баланс енергетичних ресурсів, які використовуються людиною у господарській діяльності.

Закон збереження енергії

Приращени е потенційної енергій кинутого вгору тіла відбувається за рахунок зменшення його кінетичної енергі; при п адении тіла, п риращение кінетичної енергії відбувається т за рахунок убы п отенциальной енергії, так що повна механічна енергія тіла не змінюється. Аналогічно, якщо на тіло діє стиснута пружина. то вона може повідомити тілу деяких рую швидкість, тобто кінетичну енергію, але при цьому пружи на буде розпрямлятися, і її потенційна енергія буде відповідно зменшуватися; сума потенційної і кінетичної енергій залишиться постійною. Якщо на тіло, крім пружини, що діє е ще і сила тяжіння, то хоча при рухи тіла енергія кожного виду буде змінити няться, але сума потен соціальної енергії тяжіння, потенційної енергії пружини і кінетичної енергії тіла знову-таки буде залишатися посто янной.

Енергія може переходити з одного виду в інший, може переходити від одного тіла до іншого, але загальний запас механічної енергії залишається незмінним. Досліди і теоретично е розрахунки показують, що при відсутності сил тертя і при вооз дії тві і тільки сил пружності і тяго тенією су ммарная потенціалу льная і кінетична енергія ія тіла або систем и тел залишається у всіх випадках постійної. В цьому і заключаетс я з акон збереження механічної енергії.

Проілюструємо закон збе реженні енергії на наступному досвіді. Ст альної кулька, що впав з деякої висоти на сталеву або скляну плиту і вдарився об неї, підскакує майже на ту ж в ысоту, з якої впав. Під час рухів я кульки відбувається цілий р яд перетворений ий енергії. При падінні потен альна е нергия переходить у кінетичну енергію кулі. Коли кулька доторкнеться до плити, і він і плита начин ають деформуватися. Кінетична енергі я перетворюється в потенціальну енергію пружної деформації кульки і плити, причому цей процес продовжується до тих пір, поки кулька н е зупиниться, т. тобто поки вся його кінетична енергія не перее їде в потен циальную енергію пружної деформації. Потім під дією сил пружності деформованої плити кулька набуває швидкість, спрямовану вгору: енергія пружної деформації плити і кульки прек звертається в, кінетичну енергі ю кульки. При даль нейшем рухи нді вгору швидкість кульки під дією сили тяжіння зменшується, і кінетична енергія перетворюється в потенційну енергію тяжіння, В найвищій точці кулька володіє знову тільки потенційною енергією тяжіння.

Оскільки можна вважати, що кулька піднявся на ту ж висоту, з якої він почав падати, потенціальна енергія кульки на початку і в кон це описаного процесу одна і та ж. Більш того, в будь-який момент часу при всіх перетвореннях ене ргии сума потенційної енергії тяжіння, потенційної енергії пружної деформації, і кінетичної енергії весь час залишається однією і тією ж. Для процесу перетворення потенційної енергі і, обумовлена силою тяжіння, в кінетичну і назад при падінні і підйомі кульки це було показано простим розрахунком. Можна було б переконатися, що і при перетворенні кінетичної енергії в потенційну енергію пружної деформації плити і кульки і потім при зворотному процесі перетворення цієї енергії в кінетичну енергію отска кивав кульки сум ма потенційної енергії тяжіння, енергії пружної деформації і кінетичної енергії також залишається незмінною, тобто закон збереження механічної енергії виконаний.

Тепер ми можемо пояснити, чому порушувався з акон збереження роботи в простій машині, яка деформувалася при передачі роботи: справа в тому, що робота, витрачена на одному кінці машини, частково або повністю витрачалося на деформацію найпростішою машини (важеля, мотузки тощо), створюючи в ній певну потенційну енергію деформації, і лише залишок роботи передавався на інший кінець машини. У сумі ж передана робота разом з енергією деформації виявляється рівною витраченої роботи. У разі абсолютн ї жорсткості важеля, нерастяжимости мотузки і

т. д. проста машина не може накопичити в собі енергію, і вся робота, вироблена на одному її кінці, повністю передається на інший до онец.

Робота п ротив сил тертя може відбуватися і за рахунок кінетичної енергії. Наприклад, при русі човна, яку відштовхнули від берега п руда, потен альна з верга я ло дкі осту ється постійної, але внаслідок сопротивл ения води зменшується швидкість дви жения човни. тобто її кинетич еская енергія, я прирощення до инетической енергії води, що спостерігається при цьому, менше, ніж спад кінетичної енергії човна.

Подібно цьому дійству ють і сили тертя між тверд дыми тілами. Напр.. швидкість, кото рую набуває вантаж, соскальзывающий з нахил ної плоск ості, а отже і його кін етическая енергія, мень ше тієї, котор ий він був би відсутність тертя. Можна так підібрати кут нахилу площини, що вантаж буде ковзати рівномірно. При цьому його п отенци соціальна енергія буде уб ывать, а Кінетична — залишати здогадатися постійною, і робота проти сил тертя буде відбуватися за рахунок потенційної енергії.

У природі все дви жения (за винятком рухів у вакуумі, наприклад, дви жені й н ебесных тіл) з оп ровождаются тертям. Тому пр і таких дви дружин иях закон збереження механічної енергії порушується, і це порушення відбувається завжди в одну сторону — в сторону зменшення полн ой ен ергии .

Сили тертя займають особливе становище в воп роси законі про її зберігання меха че ної енергії. Якщо сил тертя немає, то з акон зберегти ения механічної енергії соблюдаетс я: повна механічна енергі я системи залишається постійною. Е слі ж діють сили тертя, то енергія вже н е залишається пос тоянной, а зменшується при русі. Але при цьому завжди зростає внутрішня ен ергия. З розвитком фізики виявили валися всі нові ві ди енергії: була виявлена світло вая енергія, енергія электромагн итных хвиль, хімічна енергія, що виявляється при хімічних реакціях (як в рі міра дос таточн про вказати хо тя б на х имическ ту енергію, з апасенную у вибухових речовинах і що перетворюється в меха логічну і теп ло ву енергію при вибуху), н кінець була відкрита ядерна енергія. Опини алось, що совершае травня над тілом робота дорівнює збільшенню суми всіх видів ен ергии тіла ; робота, чинена деяким тілом, іншими тілами, дорівнює уб були сумарної енергі і даного тіла. Для всіх видів енергії виявилося, ч то можливий перехід енергії з одного виду в інший, перехід енергії від одн ого тіла до друго му, але що при всіх таких переходу; загальна е нергия всіх видів залишаємося весь час суворо постійною. У цьому полягає загальність закону збереження енергії.

Хоча загальна кількість енергії залишається постійним кількість корисної для нас ене ргии може зменшуватися і в дійсності постійно зменшується. Перехід енергії в іншу форму може означати перехід її в бесполезн шу для нас форму. В м еханике найчастіше це — нагрівання навколишнього середовища, трущи стосуються поверхонь і т п. Такі втрати не тільки невигідні, але і шкідливо відгук аются на самі х механізмах; так, щоб уникнути перегрівання доводиться спеціально охолоджувати тертьові частини механізмів.

Короткий опис статті: види енергії Читати тип роботи не визначено online по темі ‘Енергія та її види. Закон збереження енергії ‘. Розділ: Основи права, Законодавство і право, Загружено: 09.12.2008 скачати тип роботи не визначено

Джерело: Енергія та її види. Закон збереження енергії . Не обраний. Читать текст оnline —

Також ви можете прочитати