Реферат: Альтернативні види енергії, Xreferat.ru, Банк рефератів

05.07.2015

Альтернативні види енергії

Реферат з екології Козореза Михайла

ВСТУП

На порозі ХХІ століття людина все частіше і частіше став замислюватися про те, що стане основою його існування в новій ері. Енергія була і залишається головною складовою життя людини. Вона дає можливість створювати різні матеріали, є одним з головних факторів при розробці нових технологій. Просто кажучи, без освоєння різних видів енергії людина не здатна повноцінно існувати. Homo Sapiens пройшов шлях від першого багаття до атомних електростанцій, освоїв видобуток основних традиційних енергетичних ресурсів — вугілля, нафти і газу, навчилася використовувати енергію річок, освоїв «мирний атом», але все активніше обговорюються питання використання нових нетрадиційних, альтернативних видів енергії.

За оцінками фахівців, світові ресурси вугілля становлять 15, а за неофіційними даними 30 трильйонів тонн, нафти — 300 мільярдів тонн, газу — 220 трильйонів кубометрів. Розвідані запаси вугілля становлять 1685 мільярдів тонн, нафти — 137 мільярдів тонн, газу — 142 трильйонів кубометрів. Чому ж спостерігається тенденція до освоєння альтернативних видів енергії, при таких, здавалося б, значних цифрах, при тому, що в останні роки в шельфових зонах морів відкриті величезні запаси нафти і газу?

Є декілька відповідей на це питання. По-перше, безперервне зростання промисловості, як основного споживача енергетичної галузі. Існує точка зору, що при нинішній ситуації запасів вугілля вистачить приблизно на 270 років, нафти на 35-40 років, газу-на 50 років. По-друге, необхідність значних фінансових витрат на розвідку нових родовищ, так як часто ці роботи пов’язані з організацією глибокого буріння (зокрема, в морських умовах) та іншими складними і наукомісткими технологіями. І, в третіх, екологічні проблеми, пов’язані з видобутком енергетичних ресурсів. Склади нафтопродуктів і навколишні території часом нагадують «міста мертвих», а кадри кінохроніки про плаваючих у нафтової плівки морських птахів і тварин турбують не тільки Greenpeace.

Не менш важливою причиною необхідності освоєння альтернативних джерел енергії є проблема глобального потепління. Суть її полягає в тому, що двоокис вуглецю (СО2), що вивільняється при спалюванні вугілля, нафти і бензину в процесі отримання тепла, електроенергії і забезпечення роботи транспортних засобів, поглинає теплове випромінювання поверхні нашої планети, нагрітої Сонцем і створює так званий парниковий ефект*.

В даний час висуваються безліч різних ідей і пропозицій щодо використання всіляких відновлюваних видів енергії. Розробка деяких проектів ще тільки починається. Так, існують пропозиції по використанню енергії розкладання атомних частинок, штучних смерчів і навіть енергії блискавки. Проводяться експерименти по використанню «біоенергетики», наприклад, енергії парного молока для обігріву корівників.

Але існують і «традиційні» види альтернативної енергії. Це енергія Сонця і вітру, енергія морських хвиль, припливів і відливів. Є проекти перетворення в електроенергію газу, що виділяється на сміттєвих звалищах, а також з гною на звірівницьких фермах. Основним видом «безкоштовної» невичерпної енергії по справедливості вважається Сонце. У Сонці зосереджено 99, 886% всієї маси сонячної системи. Сонце щосекунди випромінює енергію в тисячі мільярдів разів більшу, ніж при ядерному вибуху 1 кг U235 .

СОНЦЕ

Сонце — невичерпне джерело енергії — щомиті дає Землі 80 трильйонів кіловат, тобто в кілька тисяч разів більше, ніж всі електростанції світу. Потрібно тільки вміти користуватися ним. Наприклад, Тибет — найближча до Сонця частину нашої планети — по праву вважає сонячну енергію своїм багатством. На сьогодні в Тибетському автономному районі Китаю побудовано вже більше п’ятдесяти тисяч гелиопечей. Сонячною енергією опалюються житлові приміщення площею 150 тисяч квадратних метрів, створені гелиотеплицы загальною площею мільйон квадратних метрів.

Хоча сонячна енергія безкоштовна, отримання електрики з неї не завжди досить дешево. Тому фахівці постійно прагнуть удосконалити сонячні елементи (див. рис.№1) і зробити їх ефективнішими. Новий рекорд в цьому відношенні належить Центру прогресивних технологій компанії «Боїнг». Створений там сонячний елемент перетворює в електроенергію 37 відсотків потрапив на нього сонячного світла.

Це досягнення стало можливим, з одного боку, завдяки використанню двошарової конструкції. Верхній шар — з арсеніду галію. Він поглинає випромінювання видимої частини спектру. Нижній шар — з антимоніду галію і призначений вловлювати інфрачервоне випромінювання, яке зазвичай втрачається. З іншого боку, висока ефективність досягається завдяки спеціальному покриттю, преломляющему світло і фокусирующему його на активні області сонячної комірки.

У Японії вчені працюють над вдосконаленням фотогальванічних елементів на кремнієвій основі. Якщо товщину сонячного елемента існуючого стандарту зменшити у 100 разів, то такі тонкоплівкові елементи зажадають набагато менше сировини, що забезпечить їх високу ефективність і економічність. Крім того, їх мала вага і виняткова прозорість дозволять легко встановлювати їх на фасадах будинків і навіть на вікнах, для забезпечення електроенергією житлових будинків. Однак оскільки інтенсивність сонячного світла не завжди і не скрізь однакова, то навіть при установці безлічі сонячних батарей, будівлі буде потрібно додаткове джерело електрики. Одним із можливих рішень цього питання є використання сонячних елементів у комплексі з двостороннім паливним елементом. У денний час, коли працюють сонячні елементи, надлишкову електроенергію можна пропускати через водневий паливний елемент (див. гол. ВОДЕНЬ) і таким чином отримувати водень з води. Вночі ж паливний елемент зможе використовувати цей водень для виробництва електроенергії.

Компактна пересувна електростанція сконструйована німецьким інженером Хербертом Бойерманом. При власній вазі 500 кг вона має потужність 4 КВт, інакше кажучи, здатна повністю забезпечити електрострумом достатньої потужності заміське житло. Це досить хитромудрий агрегат, де енергію виробляють відразу два пристрої — вітрогенератор нового типу і комплект сонячних панелей. Перший оснащений трьома півсферами, які (на відміну від звичайного вітрового колеса) обертаються при найменшому русі повітря, другий — автоматикою, акуратно орієнтує солярні елементи на світило. Добута енергія накопичується в акумуляторному блоці, а той стабільно постачає струмом споживачів.

Дивлячись вперед, в ті часи, коли штат Каліфорнія потребуватиме зручних станціях для підзарядки электробатарей, «Південно-каліфорнійська компанія Едісон» планує почати випробування спеціальної автостанції для машин, що працюють на сонячній енергії, яка в кінцевому рахунку повинна стати звичайною заправною станцією з безліччю паркувальних місць і різними магазинами. Сонячні панелі на даху станції, розташованої в місті Даймонд-Бар, забезпечать енергію для зарядки електромобілів у протягом всього робочого дня навіть взимку. А надлишок, одержуваний від цих панелей, буде використовуватися для потреб самої автостанції. Вже в 1981р. через протоку Ла-Манш здійснив переліт перший у світі літак двигуном, що працює від сонячних батарей. Щоб здійснити переліт на відстань 262 км, йому знадобилося 5,5 години (див. рис. №2). А за прогнозами вчених кінця минулого століття, очікувалося, що до 2000 року на дорогах Каліфорнії з’явиться близько 200000 електромобілів. Можливо, і нам варто подумати про використання сонячної енергії в широких масштабах. Зокрема, у Криму з його «солнцеобильностью».

ВОДЕНЬ

Ці і багато інші сучасні розробки починають вимальовує контури майбутнього світу, в якому, незважаючи на зростання споживання енергії, одержуваної переважно шляхом спалювання природного палива, рівень вмісту вуглекислого газу в атмосфері реально почне знижуватися.

Прискорити цей процес змогли б і автомобілі марки NECAR4, розроблювальні в одній з лабораторій під Штутгартом. Цей експериментальний автомобіль, розроблений спільно компаніями Ford, Daimler-Chrysler і Canada’s Ballard Power Systems, працює на водні, запасів якого в природі більше ніж достатньо. Водень, на відміну від викопних видів палива, не містить атомів вуглецю і тому не утворює двоокису вуглецю (СО2). Однак водень також може забруднювати навколишнє середовище, так як при його згорянні відбувається перегрупування молекул повітря, при якій утворюється окис азоту і озон. Але NECAR4 не спалює кисень і водень. На автомобілі встановлений бортовий паливний елемент, розроблений фірмою Ballard, який забезпечує поступове з’єднання водню з киснем при помірній температурі. У результаті на виході виходить звичайна вода (H2O) і електроенергія.

Паливні елементи були винайдені ще в початку XIX століття. У 60-ті роки минулого століття НАСА використовувало їх для отримання чистої енергії в космосі. Але тільки в минулому десятилітті вдалося створити паливні елементи таких розмірів, які дозволили б встановлювати їх в легкових автомобілях. NECAR4 створений на базі малолітражного автомобіля Mercedes-Benz, типу «седан» класу А. Цей автомобіль вміщує п’ять чоловік плюс багаж, розвиває швидкість до 145 км/год і може пройти без заправки 450 кілометрів. За словами Фердинанда Паніка, керівника проекту компанії Diamler Chrysler, «значення паливного елемента порівнянне хіба що зі значенням мікросхеми для розвитку обчислювальної техніки».

Результати не змусять себе чекати. Перші польові випробування автомобілів з паливним елементом пройдуть вже в цьому році в Каліфорнії. До 2004 року Diamler Chrysler, Ford, General Motors, Toyota та інші компанії, що припускають почати постачання автомобілів з паливним елементом на споживчий ринок.

Проблема, пов’язана з масовим серійним виробництвом компактних паливних елементів для легкових і вантажних автомобілів, ще до кінця не вирішена, проте вже зараз можна було б почати виробництво великогабаритних елементів, що забезпечують роботу промислових підприємств і електростанцій.

Теоретично, водень можна було б отримувати з води, використовуючи для цього енергію сонця або вітру. Однак, навіть при самих оптимістичних прогнозах, пов’язаних з удосконаленням технологій, витрати на виробництво електроенергії, необхідної для розділення молекул води на молекули водню і кисню в даний час надзвичайно великі. Тому перші установки для великомасштабного виробництва водню будуть, по всій видимості, виробляти його з традиційних видів палива.

Таку технологію можна було б, наприклад, успішно застосовувати в Китаї, де стрімке зростання виробництва і величезні природні запаси вугілля загрожують викликати катастрофічне забруднення атмосфери вуглекислим газом протягом наступного століття.

Основною проблемою, пов’язаною з виробництвом водню за старими технологіями, є те, що при цьому утворюється двоокис вуглецю, яку не можна викидати в атмосферу. Існує, однак, альтернативний метод – закачувати вуглекислий газ під землю. У Норвегії, наприклад, енергетична компанія Norsk Hydro будує електростанцію, яка буде працювати на водні, одержуваному з природного газу. Утворюється при цьому двоокис вуглецю буде закачуватися назад в одне з родовищ нафти, розташованих на континентальному шельфі. За допомогою такої технології можна не тільки вирішити проблему забруднення повітря вуглекислим газом, але і підвищити тиск в родовищі, що значно полегшить викачування з нього залишилися запасів нафти. Іншим, не менш ефективним способом боротьби з забрудненням атмосфери є закачування двоокису вуглецю у підземний водоносний шар, який вже в даний час успішно застосовується в Європі і США.

ВІТЕР

На перший погляд вітер здається одним з найбільш доступних і поновлюваних джерел енергії. На відміну від Сонця він може «працювати» взимку і влітку, вдень і вночі, на півночі і на півдні. Але вітер — це дуже розсіяний енергоресурс. Природа не створила «родовища» вітрів і не пустила їх, подібно річках, по руслах. Вітрова енергія практично завжди «розмазана» по величезних територіях. Основні параметри вітру — швидкість і напрямок — часом змінюються дуже швидко і непередбачувано, що робить його менш «надійним», ніж Сонце. Таким чином, постають дві проблеми, які необхідно вирішити для повноцінного використання енергії вітру. По-перше, це можливість «ловити» кінетичну енергію вітру з максимальної площі. По-друге, що ще важливіше домогтися рівномірності, сталості вітрового потоку. Друга проблема поки вирішується з працею. Існують цікаві розробки по створенню принципово нових механізмів для перетворення енергії вітру в електричну. Одна з таких установок (патент РФ № 1783144) породжує штучний сверхураган всередині себе при швидкості вітру до 5 м/с!

Вітрові двигуни не забруднюють навколишнє середовище, але вони дуже громіздкі та галасливі. Щоб виробляти з їх допомогою багато електроенергії, необхідні величезні простори землі. Найкраще вони працюють там, де дмуть сильні вітри. І тим не менш лише одна електростанція, що працює на викопному паливі, може замінити за кількістю отриманої енергії тисячі вітряних турбін (див. рис. №3;8).

МОРЕ

останнім часом у деяких країнах знову звернули увагу на ті проекти, які були відкинуті раніше як малоперспективні. Так, зокрема, у 1982 р. британський уряд скасував державне фінансування тих електростанцій, які використовують енергію моря: частина таких досліджень припинилася, частина тривала при явно недостатні асигнування від Європейської комісії і деяких промислових фірм і компаній. Причиною відмови державної підтримки називалася недостатня ефективність способів отримання «морського» електрики порівняно з іншими його джерелами, зокрема — атомними.

У травні 1988 р. в цій технічній політиці стався переворот. Міністерство торгівлі та промисловості Великобританії прислухався до думки свого головного радника з енергетики Т. Торпа, який повідомив, що три з шести існуючих в країні експериментальних установок вдосконалені і нині вартість 1 КВт/год на них складає менше 6 пенсів, а це нижче мінімального рівня конкурентоспроможності на відкритому ринку. Ціна «морський» електроенергії з 1987 р. знизився вдесятеро.

Хвилі. Найбільш досконалий проект «Кивающая качка» (див. рис. №4), запропонований конструктором С. Солтером. Поплавці, покачиваемые хвилями, дають енергію вартістю всього 2,6 пенси за 1 Квтг, що лише трохи вище вартості електроенергії, яка виробляється новітніми електростанціями, які спалюють газ (у Британії це — 2,5 пенси), і помітно нижче, ніж дають АЕС (близько 4,5 пенси за 1 Квтг).

Слід зауважити, що використання джерел альтернативних, відновлюваних видів енергії може досить ефективно знизити відсоток викидів в атмосферу шкідливих речовин, тобто в якійсь мірі вирішити одну з важливих екологічних проблем. Енергія моря може з повною підставою бути зазначеної до таких джерел.

Припливи. Перша велика електростанція, що працює на енергії припливів, була побудована в 1968р. Бесплотінние ГЕС для річок і річечок вже існують. Цей двометровий агрегат є не що інше, як бесплотінная ГЕС потужністю в 0,5 КВт. У комплекті з акумулятором вона забезпечить енергією селянське господарство або геологічну експедицію, відгінне пасовище або невелику майстерню. Була б поблизу річечка!

Роторна установка діаметром 300 мм і вагою всього 60 кг виводиться на глибші й бурхливіші води, притоплюється на придонну «лижу» і тросами закріплюється з двох берегів. Інше — справа техніки: мультиплікатор обертає автомобільний генератор постійного струму напругою 14 вольт, і енергія акумулюється.

Дослідний зразок бесплотінной міні-ГЕС успішно зарекомендував себе на річках Гірського Алтаю.

ЗЕМЛЯ

Тепло від гарячих гірських порід в земній корі теж може генерувати електрику (див. рис. №6). Через пробурені в гірській породі свердловини вниз

Короткий опис статті: види енергії Сонце. Водень. Вітер, Море. Річки. Земля. Відходи. Навою. Екологічні села. Альтернативні види енергії

Джерело: Реферат: Альтернативні види енергії — Xreferat.ru — Банк рефератів, творів, доповідей, курсових і дипломних робіт

Також ви можете прочитати