Как используют энергию природных источников. Виды источников энергии и их использование
Основные генераторы энергии - это электрические станции: тепловые (ТЭС),гидравлически(ГЭС), атомные (АЭС), а также транспортные агрегаты (автомобили, тепловозы, теплоходы, тракторы и т.п.).Энергоносителями служат разные виды топлива: нефть, мазут, природный газ, уголь, бензин, дизельное топливо, уран, плутоний, а также гидроресурсы. Расширяется применение возобновляемых источников энергии (ВИА): ветряных, солнечных и приливных. Однако основным источником энергии пока остается органическое топливо. В разных странах вырабатывая на АЭС энергия составляет 10…20%, на ГЭС 4…20%. За счет ВИЭ получают всего 1…2% вырабатываемой энергии. Весьма важно, что на долю транспортных машин приходится более 60% суммарного количества вырабатываемой энергии.
При оценке развития энергетики и формирования энергетической программы следует исходить не только из задачи выработки требуемого количества энергии, но и необходимо учитывать имеющиеся ресурсы, экономические, экологические и социальные факторы.
Для получения целостного представления о перспективах и проблемах развития энергетики на ближайшее время целесообразно оценить возможности каждого из направлений её развития, определяемых видом первичного источника.
Нефть . Установлено, что в недрах планеты имеется примерно 2000 млрд. т нефти, из которых надёжно разведано около 410млрд т. Ежегодное мировое потребление нефти приближается к 3 млрд. т. при естественном её воспроизводстве не более 1%. При планировании развития энергетики на перспективу приходится учитывать, с одной стороны, ограниченность природных запасов нефти, а с другой, − тот факт, что добыча нефти со временем усложняется. Уже сейчас примерно треть всей получаемой нефти добывается из скважин, пробуренных в дне морей и океанов. Глубина подводных скважин всё увеличивается и уже достигает 2 км. Увеличивается и глубина наземных скважин. Целесообразный предел глубин скважин для поиска нефти составляет 4…8 км.
Важное направление связано с развитием экономичных теплосиловых установок и в первую очередь дизелей, на долю которых в настоящее время приходится до 30% суммарной установленной мощности транспортных энергетических установок. К сожалению, использование дизелей приводит к загрязнению окружающей среды. Только судовые, тепловозные и промышленные дизели выбрасывают в год не менее 3 млн.т воздуха, загрязнённого оксидами азота, серы и углерода, углеводородами и сажей.
Уголь . Разведанные запасы угля в мире значительны, но качественно различны. Низкая калорийность углей ряда месторождений вызывает серьёзные трудности в их использовании. Эти угли невыгодно транспортировать на большие расстояния, так как значительная его часть составляют неорганические отходы. Можно перерабатывать эти угли в электрическую энергию на месте добычи. Однако при таком решении проблемы потребуется строительство сверхдальних линий электропередач (ЛЭП), в магистралях которых теряется до 10% энергии и в распределительных сетях - ещё около 40%.
Тем не менее, в ближайшей перспективе количество угля, используемого в качестве топлива в энергетике, хотя и медленно, но возрастать и превысит 9 млрд.т.
Часть добытого угля станет сырьём для производства на месте синтетического жидкого топлива, технология получения которого активно совершенствуется.
Кроме обычного природного газа имеются его большие запасы, связанные с водой в зонах вечной мерзлоты и океане. Есть ещё газ, растворённый в подземной гидросфере. Запасы такого газа значительны и расположены во всех регионах планеты. Разрабатываются технологии поднятия на поверхность подземных вод с последующим их возвращением обратно под Землю после отделения содержащегося в них газа.
Практика убедительно показала, что применение газа (в основном, метана) в качестве энергетического топлива эффективно. Можно прогнозировать, что в ближайшей перспективе приоритет будет за природным газом. И это несмотря на то, что добыча газа усложняется из-за необходимости всё большего углубления скважин и трудностями транспортирования.
Атомная энергетика . В настоящее время на ядерную энергию приходится около 6% мирового топливо – энергетического баланса и 17% производимой электроэнергии.
Наибольшая доля АЭС в производстве электроэнергии во Франции (75%), Литве (73%), Бельгии (~57%), Болгарии, Словацкой Республике, Швеции, Украине, Республике Корея (от 43 до 47%).
Тепловые реакторы на уране – 235 используют природный уран неэффективно (менее 1%). Поэтому они могут быть основой атомной энергетики лишь ограниченное время. Так за время жизни (50 лет) тепловой реактор мощностью 1 ГВт потребляет около 10 тыс. т природного урана при потенциально мировом ресурсе ~ 10 млн.т. Отсюда очевидно, что неизбежным становится использование в ядерном топливном цикле продуктов распада и в первую очередь плутония.
Быстрый реактор, обеспечивающий возможность на каждое разделившееся ядро воспроизводить более одного ядра нового ядерного топлива, позволяет резко увеличить использование природного урана (~ 200 раз). Реальной становится атомная энергетика мощностью 4000 ГВт, функционирующая в течение 2500 лет.
Однако крупные аварии, проблемы нераспространения ядерного оружия, обращения с облученным ядерным топливом и радиоактивными отходами привели к нереализованности первоначальных планов.
Большая работа проводится по повышению эксплуатационной безопасности. Разрабатываемые реакторы третьего-четвёртого поколений характеризуются оценкой риска для человека менее чем 10 в минус 7 степени, что существенно выше, чем на ТЭЦ.
Атомная энергетика, отвечающая современным требованиям безопасности и экономичности, способна в период после 2020 года обеспечить существенную часть прироста мировых потребностей в энергопроизводстве, объективно необходимого вследствие роста населения планеты. Атомная энергетика позволит стабилизировать потребление обычных топлив и выбросов химического горения.
ГЭС . Гидростанции дают относительно небольшое количество электроэнергии. Значительная инерционность ТЭС и АЭС при смене режимов и наиболее высокая экономичность при работе на одном заданном установившемся режиме приводит к необходимости использования ГЭС в качестве регуляторов Единой энергетической системы.
Практика создания крупных ГЭС с большими водохранилищами неминуемо связана с потерей для сельского хозяйства больших площадей пахотной земли, лугов и лесов, а большие искусственные водоёмы со временем приводят к экологически неблагоприятным последствиям.
Одновременно не вызывает сомнений целесообразность более широкого использования гидроэнергетики малых водных потоков с помощью так называемых рукавных переносных электростанций, состоящих из небольших генераторов и гидротурбин. Хотя мощность таких установок невелика – 1…5 кВт, но себестоимость киловатт-часа оказывается ниже, чем у аналогичных по мощности электростанций на основе ДВС.
ВИА . К числу возобновляемых источников энергии обычно относят солнечную энергию во всех её проявлениях: получаемую Землёй теплоту солнечного излучения, энергию ветра, приливов и отливов, энергию волн, а также прирост биомассы на Земле, биогаз из отходов животноводства и др. По оптимистическим оценкам, без ущерба для окружающей среды за счёт ВИЭ в принципе можно получить в несколько раз больше энергии, чем вырабатывается в мире в настоящее время.
Известно, что энергоустановки, работающие на углеродсодержащем топливе, выбрасывают в окружающую среду углекислый газ, улавливать который пока невозможно. В итоге растёт его концентрация, нарушая тепловой баланс планеты, что приводит к её разогреву (парниковому эффекту).
Такой неблагоприятной перспективы можно избежать путём расширения использования возобновляемых источников энергии. По оценкам специалистов вклад ВИЭ в мировую энергетику к 2020 году составит 9-10%.
Солнечная энергия является естественной для Земли, ей обязано своим существованием всё живое. Освоение методов и средств использования солнечной энергии в производстве и быту уже в настоящее время превращается в задачу глобальную для всего человечества.
Геотермальные энергоустановки используют температуру Земли. Это могут быть природные подземные запасы горячей воды или пара, а также закачка воды вглубь земли. Естественно, применение таких установок целесообразно в отдельных районах, например на Камчатке, в Исландии.
Внимание ученых – энергетиков привлекают перспективы использования
возобновляемой биомассы, ежегодный прирост которой оценивается в 107 млрд. т. Энергия, которой обладает такое количество биомассы, эквивалентна 40 млрд. т нефти.
Из зелёной массы в результате переработки получают высокооктановое топливо в виде эфиров и спиртов.
Энергосбережение . Задача обеспечения энергией путём наращивания энергетического потенциала непосильна даже для самых высокоразвитых стран. Для того чтобы темпы наращивания энерговооружённости были реальными, необходимо проводить активную энергосберегающую политику в двух направлениях: повышать экономичность самих энергетических установок и таким образом получать большее количество энергии, и повсеместно сокращать потери энергии и энергоресурсов.
Коэффициент полезного использования энергоресурсов в Украине составляет примерно 40%. Следовательно, 60% - это потери, из которых примерно 20% могут быть отнесены к предотвратимым. Для снижения энергопотребления требуется активное проведение соответствующей государственной политики с внедрением прогрессивных технологий и оборудования. Можно обеспечить значительную экономию энергии и в социально−бытовой сфере, если, например, усилить теплозащитную способность строящих зданий. В настоящее время существуют строи- тельные материалы, позволяющие экономить до 50% теплоты, расходуемых на обогрев зданий. Стены зданий, покрытые специальными прозрачными панелями, пропускают теплоту лучей солнца и не отдают теплоту наружу. Значительную экономию даёт переход для освещения на люминесцентные лампы, которые потребляют энергии примерно в 8 раз меньше чем лампы накаливания. Внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий − дело длительное, трудное и дорогое, но неизбежное и в конечном итоге окупаемое
Экология и защита окружающей среды . Развитие энергетики неразрывно связано с проблемами экологии и зашиты окружающей среды. Электростанции, использующие уголь, вбрасывают ежегодно около 300…350 млн. т золы, свыше 100…120 млн. т оксидов серы и азота. Зола угольных ТЭС содержит радиоактивные изотопы калия, радия и тория, количество которых почти в 10 раз больше (по дозе облучения), чем в выбросах нормально работающих АЭС. По сравнению с лучшими станциями мира наши станции выбрасывают на порядок больше твёрдых частиц, в 3 раза больше серы, в 2 раза - оксидов азота. Серные газы в окружающей среде особенно вредны для населения, животного мира, почвы и водоёмов. Современные очистные сооружения требуют больших средств. Вполне справедливо утверждение, что чистую энергетику бесплатно получить невозможно. Передовые промышленно развитые страны расходуют до 5% валового национального продукта.
Серьёзные экологические проблемы возникают с развитием атомной энергетики и, в частности, связанных с необходимостью захоронения на длительный срок её отходов.
Развитие атомной энергетики осложняется реакцией растительного и животного мира на радиоактивные нуклиды, накапливающиеся в почве. Если к естественным нуклидам мир эволюционно приспособился, то иначе реагируют они на искусственные нуклиды, которые хорошо усваиваются растениями и животными. Они могут накапливаться до концентрации в 70…100 раз большей, чем в окружающей почве, что очень опасно.
Определённые трудности возникают на Земле и в связи с задачей сохранения для людей запасов пресной воды, широко используемой в качестве теплоносителя в энергетических системах. Известно, что в настоящее время запасы пресной воды составляют всего 2,8% от массы Земли и только 0,3% доступны для использования человеком. Таким образом, задача экономии пресной воды или замена её опреснённой морской является актуальной уже в настоящее время.
Всё сказанное свидетельствует о том, что подход к проблемам развития энергетики только с позиций экономических неприемлем. Необходимо увязывать экономические аспекты с социальными и экологическими.
В основном энергию, используемую в быту и промышленности, мы добываем на или в ее недрах. Например, во многих слаборазвитых странах жгут древесину для отопления и освещения жилищ, тогда как в развитых странах для получения электроэнергии сжигают различные ископаемые источники топлива - уголь, нефть и газ. Ископаемые виды топлива представляют собой не возобновляемые источники энергии. Их запасы восстановить невозможно. Ученые сейчас изучают возможности использования неисчерпаемых источников энергии.
Ископаемые виды топлива
Уголь, нефть и газ - невозобновляемые источники энергии, которые сформировались из остатков древних растений и животных, обитавших на Земле миллионы лет назад (подробнее в статье «Древнейшие формы жизни»). Эти виды топлива добываются из недр и сжигаются для получения электроэнергии. Однако использование ископаемых источников топлива создает серьезные проблемы. При современных темпах потребления известные запасы нефти и газа будут исчерпаны уже в ближайшие 50 лет. Запасов угля хватит лет на 250. При сжигании этих видов топлива образуются газы, под воздействием которых возникает парниковый эффект и выпадают кислотные дожди.
Возобновляемые источники энергии
По мере роста численности населения людям требуется все больше энергии, и многие страны переходят к использованию возобновляемых источников энергии - солнца, ветра и воды. Идея их применения пользуется широкой популярностью, так как это - экологически чистые источники, использование которых не наносит вреда окружающей среде.
Гидроэлектростанции
Энергию воды используют на протяжении многих веков. Вода вращала водяные колеса, использовавшиеся для разных целей. В наши дни построены огромные плотины и водохранилища, и вода применяется для выработки электроэнергии. Течение реки вращает колеса турбин, превращая энергию воды в электроэнергию. Турбина связана с генератором, который вырабатывает электроэнергию.
Солнечная энергия
Земля получает громадное количество солнечной энергии. Современная техника позволяет ученым разрабатывать новые методы использования солнечной энергии. Крупнейшая в мире солнечная электростанция построена в пустыне Калифорнии. Она полностью обеспечивает потребности 2000 домов в энергии. Зеркала отражают солнечные лучи, направляя их в центральный бойлер с водой. Вода в нем кипит и превращается в пар, который вращает турбину, связанную с электрогенератором.
Энергия ветра
Энергия ветра используется человеком уже не первое тысячелетие. Ветер надувал паруса и вращал мельницы. Для использования энергии ветра создавались самые разнообразные устройства, предназначенные для выработки электроэнергии и для других целей. Ветер вращает лопасти , приводящие в действие вал турбины, связанной с электрогенератором.
Атомная энергия
Атомная энергия - тепловая энергия, выделяющаяся при распаде мельчайших частиц материи - атомов. Основным топливом для получения атомной энергии является уран - элемент, содержащийся в земной коре. Многие люди считают атомную энергию энергией будущего, но ее применение на практике создает ряд серьезных проблем. Атомные электростанции не выделяют ядовитых газов, но могут создавать немало трудностей, так как это топливо радиоактивно. Оно излучает радиацию, убивающую все живые организмы. Если радиация попадает в почву или в атмосферу, это влечет за собой катастрофические последствия.
Аварии ядерных реакторов и выбросы радиоактивных веществ в атмосферу представляют собой большую опасность. Авария на ядерной электростанции в Чернобыле (Украина), случившаяся в 1986 г., повлекла за собой гибель многих людей и заражение огромной территории. Радиоактивные отходы угрожают всему живому в течение тысячелетий. Обычно их хоронят ни дне морей, но нередки и случаи захоронения отходов глубоко под землей.
Другие возобновляемые источники энергии
В будущем люди смогут использовать множество различных естественных источников энергии. Например, в вулканических районах разрабатывается технология использования геотермальной энергии (тепла земных недр). Другим источником энергии является биогаз, образующийся при гниении отходов. Он может применяться для отопления жилищ и нагревания воды. Уже созданы приливные электростанции. Поперек устьев рек (эстуариев) нередко возводят плотины. Особые турбины, приводимые в действие приливами и отливами, вырабатывают электроэнергию.
Как сделать ротор Савония: Ротор Савония представляет собой механизм, применяемый крестьянами в Азии и Африке для подачи воды при ирригации. Чтобы самим сделать ротор, вам потребуются несколько чертежных кнопок, большая пластмассовая бутылка, крышка, две прокладки, стержень длиной 1 м и толщиной 5 мм и два металлических кольца.
Как это сделать?
- Чтобы сделать лопасти, обрежьте бутылку сверху и разрежьте ее пополам вдоль.
- С помощью чертежных кнопок прикрепите половинки бутылки к крышке. Соблюдайте осторожность при обращении с кнопками.
- Приклейте прокладки к крышке и воткните в нее стержень.
- Приверните кольца к деревянному основанию и поставьте ваш ротор на ветру. Вставьте стержень в кольца и проверьте вращение ротора. Выбрав оптимальное положение половины бутылки, приклейте их к крышке прочным водоотталкивающим клеем.
Поиск по сайту.
Возобновляемые источники энергии с их технологиями производства и применения признаны мировым сообществом в результате загрязнения использования ископаемых видов топлива как альтернативный вид топлива.
Слово «возобновляемые» означает, что они не полагаются на источники, которые ограничены в количестве , они полагаются на практически неисчерпаемое Солнце.Во всех случаях энергия огромна, но она распределена по территории и нестабильна поэтому, в основном, себестоимость дорогая.
Прискорбно, но это делает большинство возобновляемых источников энергии нерентабельными для крупномасштабных проектов, за исключением гидроэнергетики, где природа сконцентрировала возобновляемые энергоресурсы. Гидроэнергетика имеет много привлекательных и ценных функций, но законы физики неумолимы.
К возобновляемым ресурсам относятся
Гидроэнергетика
Гидроэлектростанции (ГЭС для краткости) являются прочно установившимся и надежным возобновляемым источником энергии, который поставляет большую часть электрической энергии в горных странах, как Норвегия и Швейцария.
Однако во всем мире есть ограничение по количеству подходящих гор и не получается поставлять более чем около трех процентов мировых энергетических потребностей.
Электроэнергия, произведенная на ГЭС должна передаваться на большие расстояния и линии электропередач должны иметь малые потери.
Возобновляемые источники энергии как является относительно безопасным, с показателем смертности около четырех несчастных случаев за тысячу мегаватт. Плотины, которые держат воду должны быть надежны и не представлять опасность в случае разрушения. Однако иногда случается, особенно с земляной плотиной, что вода начинает сочиться через небольшие каналы, постепенно ослабляя плотину, пока не прорвёт. Стена воды затем сметает все на своем пути. В период с 1969 более чем восемь плотин разрушено, со средним числом погибших более чем 200 человек. Озера у плотины обеспечивают среду обитания для диких животных и могут быть популярным для людей. Однако во время засухи уровень воды падает и предоставляет уродливые полосы грязи. Кроме того эти озера могут уничтожить живописные долины с деревнями и ценными сельскохозяйственными землями.
Ветер
Из остальных источников возобновляемой энергии ветер является наиболее перспективным. Ветряные мельницы использовались с древних времен, и теперь ветровые генераторы привычная картина в сельской местности. Они имеют несколько недостатков, однако, основной, что ветер не постоянен и выходная мощность колеблется. При порывах ветра колебания усиливаются, потому что выходная мощность пропорционально кубу скорости ветра. Это означает, что энергия доступна только в течение ограниченного диапазона скоростей ветра, когда скорость мала производится очень мало энергии. В то время если будет ураган, то превышается предел безопасности и необходимо избежать катастрофического ущерба.
Общие ресурсы ветра в большинстве не удовлетворяют все наши энергетические потребности, и не всегда могут быть реализованы из-за высокой стоимости (два или три раза дороже угольной энергетики), ненадежностью и необходимости большого количество необходимых земель. Это однако может внести полезный вклад, если затраты могут быть значительно снижены.
Энергия ветра удивительно опасна: пять несчастных случаев на тысячу мегаватт. Это из-за большого количества турбин, которые неизбежно опасные. Кроме того есть опасность при строительстве и техническом обслуживании.
Экологическое воздействие ветровых турбин все шире признается. Они должны быть построены на открытых позициях, где их можно увидеть на много км вокруг. Они излучают стойкий жужжащий звук, который люди, живущие по соседству считают нетерпимым. Часто люди, которые переехали для спокойствия, вынуждены покидать место с ветроэлектростанциями. Ветровые электростанции могут быть построены вдоль берега, но это увеличивает стоимость и может представлять опасность для судоходства.
Несмотря на интенсивную работу в течение многих лет возобновляемые источники энергии в виде ветров все еще нерентабельны, и в большинстве случаев они опираются на массовые государственные субсидии. Исследования продолжаются, чтобы преодолеть эти трудности, но пока неразумно развертывать ветровые турбины в больших масштабах.
Против ветровой энергии иногда утверждается, что лопасти убивают большое количество птиц, согласно оценкам, около 70 000 в год в Соединенных Штатах. Эта цифра соответствует числу убитых птиц на автомагистралях машинами.
Приливные
Некоторые реки лиманы формируются так, что они подвергаются высоким приливам. Когда высокий прилив, морская вода поступает на определенное расстояние от моря. Во время отлива вода снова течет обратно к морю. Этот поток воды может вращать турбины и генерировать электричество. Такое устройство работает в устье реки ла-Ранс во Франции в течение многих лет производя 65MW. Это надежный источник, хотя пиковые периоды варьируются в зависимости от Луны и Солнца, поэтому электричество не всегда доступно когда это нужно.
Стоимость производства примерно вдвое дороже от обычной электростанции. Это практически осуществимо, но вряд ли привлекательно для перспективы.
Волна
Возобновляемые ресурсы как использование волн огромны, но трудно сосредотачиваемые. Построено несколько устройств для этого, но результат не является экономически эффективным.
Одно такое устройство, стоимостью более миллионов долларов в Великобритании имеет мощность 75 кВт, достаточно только для 25 внутренних электрических нагревателей.
Опасность в том, что огромные волны могут появиться на милость бури, которые могут уничтожить оборудование в течение нескольких минут.
Солнечная
Солнце излучает энергию на землю в среднем около 200 ватт на квадратный метр так, что это возобновляемые ресурсы, которые мы получаем пропорционально площади. По оценкам, для удовлетворения энергетических потребностей четырех домов требует коллектор с размером большого радиотелескопа. Солнечный свет может использоваться непосредственно для нагрева воды, циркулирующей в трубах на крыше. Этот процесс разумен экономически и широко используется. Тем не менее, должен быть дополнительный источник топлива, когда солнце не светит. Можно сфокусировать солнечные лучи на котле из сотен зеркал. Производство пара может использоваться для привода малых турбин для выработки электроэнергии. Недостатком является то, что зеркала должны постоянно быть повернуты дорогостоящими сервомеханизмами, чтобы сконцентрировать лучи солнца на бойлере. Так что этот весь процесс является нерентабельным.
Электричество можно также получить с помощью фотоэлектрических элементов. Это дороговато, чтобы сделать производство электроэнергии с необходимым напряжением. Это экономически не выгодно для крупномасштабного производства, но очень полезно для выработки электроэнергии в тех случаях, когда другие источники невозможны или практически нецелесообразны, например, для спутников или светофоров в отдаленных районах.
Таким образом, возобновляемые ресурсы в виде солнечных лучей, имеют небольшие приложения, которые несомненно будут разрабатываться для уменьшении стоимости светоэлектрических элементов. Пока это не совсем практический экономический возобновляемый источник энергии для основных потребностей.
В некоторых местах горячая вода бьет из земли. Это может использоваться в качестве возобновляемых ресурсов, но в небольших масштабах в весьма немногих местах. В других местах можно просверлить две близлежащих скважины и затем перекачивать воду вниз, где жарко и извлекать с другой трубы. Пройдя через скалы, вода нагревается и это является источником возобновляемой энергии. Однако если тепло близко и быстро используется вверху, то только тогда есть польза.
Испытания показывают, что этот процесс является абсолютно нерентабельным.
Себестоимость производства энергии
В нашем обществе цена ресурсов и себестоимость имеют решающее значение. Даже небольшой разницы в цене достаточно, чтобы одно возобновляемое сырье превалировало над другим. С возобновляемыми источниками энергии положение является более сложным, потому что выбор зависит от взвешивания преимуществ и недостатков каждого источника. Это сложно, потому что они часто несоизмеримы: сколько, например, готовы мы платить за повышенную безопасность или уменьшить воздействие на окружающую среду? И наконец невозможно оценить стоимость нарушения экологии, например, из-за глобального потепления и изменения климата. Эти расходы могли бы быть величайшими из всех.
Иногда говорят, что исследования будут совершенствовать существующие источники и тем самым устранят текущие недостатки. Как правило, это верно.
Но в некоторых случаях недостаток является следствием законов физики, и тогда его никогда не преодолеть. Примером является колеблющийся характер энергии ветра. Это просто не возможно поддерживать ветер постоянным все время.
Во всем мире потребность в возобновляемом сырье настолько актуальна, что важно использовать существующие природные возобновляемые источники энергии и они имеют перспективы развития. Конечно, необходимо продолжать исследования в области новых источников, но мы не можем ждать. Уже в течение многих лет миллионы людей страдают от нехватки энергетических ресурсов.
Исследования показывают, что все возобновляемые и невозобновляемые ресурсы имеют серьезные недостатки: нефть и природный газ быстро заканчиваются. В любом случае, всё ископаемое топливо загрязняют землю, особенно уголь. Гидроэнергетика является ограниченной, ветровая и солнечная энергия являются ненадежными.
Если это конец истории будущее будет мрачным. Однако есть еще один
Муниципальное образовательное учреждение
Районный День науки
Использование природных ресурсов. Нетрадиционные возобновляемые
источники энергии
Информативно-реферативная исследовательская
работа по физике
Выполнила:
Денисова Влада Руслановна,
обучающаяся 9 класса
Руководитель:
Орлова Елена Александровна, учитель 1
квалификационной
д. Плоское
2011
Введение ……………………………………………………………………
Глава I . Природные ресурсы ………………………………………………
1.1. Полезные ископаемые ………………………………………………...
1.2. Использование природных ресурсов в д. Плоское
Починковского района ……………………………………………......
Глава 2. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии ………
2.1. Энергия Солнца ……………………………………………………….
2.2. Энергия ветра ………………………………………………………….
2.3. Геотермальная энергия ………………………………………………..
2.4. Энергия внутренних вод ……………………………………………...
2.5. Энергия Мирового океана …………………………………………….
2.6. Энергия биомассы …………………………………………………….
д. Плоское Починковского района ……………………………...
Заключение …………………………………………………………………
Список использованной литературы ……………………………………..
Введение
Сейчас, как никогда остро встал вопрос, о том, каким будет будущее планеты в энергетическом плане. Что ждет человечество – энергетический голод или энергетическое изобилие? В газетах и различных журналах все чаще и чаще встречаются статьи об энергетическом кризисе.
Если в конце прошлого века энергия играла, в общем, вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Вполне реален прогноз, по которому в 2010 году будет произведено 35 тысяч миллиардов киловатт-часов! Гигантские цифры, огромные темпы роста! И все равно энергии будет мало – потребности в ней растут еще быстрее.
Чтобы добыть руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности человека все время растут, да и людей становится все больше. Так зачем же остановка? Ученые и изобретатели уже давно разработали многочисленные способы производства энергии, в первую очередь электрической. Давайте тогда строить все больше и больше электростанций, и энергии будет столько, сколько понадобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложной задачи, оказывается, таит в себе немало подводных камней. Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразований из других форм .
Вечные двигатели, якобы производящие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются в принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, то есть при сжигании топлива, или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях.
Правда, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее. Возросшие требования к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике.
К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств . Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Вероятность скорого истощения мировых запасов топлива, а также ухудшение экологической ситуации в мире, (переработка нефти и довольно частые аварии во время ее транспортировки представляют реальную угрозу для окружающей среды) заставили задуматься о других видах топлива, способных заменить нефть и газ.
Сейчас в мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую, геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.
Актуальность данной проблемы определила цель исследования : рассмотреть роль нетрадиционно возобновляемых источников энергии и их влияние на экономическое использование природных ресурсов нашей местности .
Задачи:
1. Изучить материал о роли нетрадиционно возобновляемых источников энергии;
2. Исследовать использование природных ресурсов населенного пункта;
3. Провести некоторые расчеты эффективного использования нетрадиционно возобновляемых источников энергии;
4. Проанализировать полученную информацию, сделать выводы о роли нетрадиционно возобновляемых источников энергии и их влияние на экономическое использование природных ресурсов нашей местности.
Методы исследования: изучение литературных и других информационных источников, проведение рассчетов, анализ информации и результатов.
Глава I . Природные ресурсы
Природные ресурсы (естественные ресурсы), компоненты природы, которые на данном уровне развития производительных сил используются или могут быть использованы в качестве средств производства и предметов потребления. Использование природных ресурсов имеет тенденцию к постоянному расширению и смене приоритетов. Главные виды природных ресурсов можно классифицировать: на основе их генезиса – минеральные ресурсы, биологические ресурсы (растительный и животный мир), земельные, климатические, водные ресурсы; по способу использования – в материальном производстве (в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях), в непроизводственной сфере; по исчерпаемости – исчерпаемые, в том числе возобновимые (биологические, земельные, водные и др.) и невозобновимые (минеральные), практически неисчерпаемые (солнечная энергия, внутриземное тепло, энергия текучей воды). Огромные объёмы природных ресурсов, вовлечённых в современную человеческую деятельность, обострили проблемы их рационального использования и охраны и приобрели глобальный характер .
1.1. Полезные ископаемые
Полезные ископаемые – это минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства. Делятся на твёрдые (угли, руды), жидкие (нефть, минеральные воды), газообразные (природные горючие и инертные газы).
Недра нашей страны богаты различными полезными ископаемыми. Скопления полезных ископаемых образуют месторождения, а при больших площадях распространения бассейны.
Полезные ископаемые могут эффективно использоваться в хозяйстве.
Обозначения полезных ископаемых указаны на рисунке 1.
Рис. 1. Минеральные ресурсы и их обозначение
Сравним карты полезных ископаемых различных лет (см. рис. 2, 3).
Рис. 2. Карта полезных ископаемых 1985г.
Рис. 3. Карта полезных ископаемых 2008г.
Из данных карт видно, что, например, добыча угля с 1985 по 2008г.г. снизилась на 131 млн. тон .
Рис. 4. География угольной промышленности России (цифрами обозначены млн. тон)
Также снизилась добыча нефти, газа, различных видов руд, золота и других полезных ископаемых.
1.2. Использование природных ресурсов в д. Плоское Починковского района
В деревне Плоское Починковского района проживает 1221 человек.
Рис. 5. Внешний вид д. Плоское
Проживает население в домах частного сектора, благоустроенных квартирах, коттеджах, неблагоустроенных домах. В деревне есть двухэтажная школа, рассчитанная на 320 человек, двухэтажный детский сад рассчитанный на 120 детей, музыкальная школа, дом культуры, рассчитанный на 300 посадочных мест, сеть магазинов, контора АПЖС (агропромышленный животноводческий союз), контора ЖКХ (жилищно-коммунального хозяйства), баня, почта, филиал сбербанка, сельская администрация, ФАП (фельшерско-аккушерский пункт), котельная и другие учреждения.
Построено три пятиэтажных дома, два трёхэтажных, двадцать один двухэтажных домов, четыре коттеджа.
Уголь. Древесина
С 1979 года в деревне проведён природный газ. Дома частного сектора и неблагоустроенные квартиры отапливаются дровами и брикетом.
Рис.6. Муниципальное образовательное учреждение
Дивинская средняя общеобразовательная школа
Рис.7. Дом культуры д. Плоское
Рис.8. Игровые площадки детского сада д. Плоское
Благоустроенные квартиры, коттеджи, школа, детский сад и другие учреждения отапливаются природным газом.
В деревне один раз в две недели топиться общественная баня, которая использует для отопления дизельное топливо (солярка).
Печным отоплением (древесина, брикет, уголь) пользуются жители старых домов, частного сектора, и владельцы собственных бань.
По нормативам на каждую семью с печным отоплением расход древесины – 8 м 3 или 5 тонн.
На деревне, в домах частного сектора, проживает 14 семей, расход древесины которых составляет – 112 м 3 или 70 тонн.
В старых неблагоустроенных домах, проживает 29 семей. Расход древесины составляет 232 м 3 или 145тон. Общий расход древесины равен 344 м 3 или 215 тонн . Кроме древесины для отопления, используется уголь или брикет. Расход брикета или угля за отопительный сезон, составляет 3тонны.
Общий расход угля или брикета за год составляет 129 тонн или 129000 кг.
Рис. 9. Строения (дома частного сектора)
В деревне 21 частная баня. Для отопления бань используют в основном дрова из осины и берёзы. В среднем на отопительный сезон требуется 5 м 3 дров. Таким образом, за отопительный период сжигается 105 м 3 древесины.
Рис. 10. Индивидуальные строения (бани)
Нефтепродукты
В деревне Плоское проживает 471 семья. Каждая третья семья в деревне имеет свою автомашину (рис. 11). Топливом всех транспортных средств является бензин и солярка (дизельное топливо). Общее число частных автомобилей 164. В год каждая автомашина проезжает в среднем 20000 км. Расход топлива на каждые 100 километров 10литров. Тогда за год расходуется 328 000 литров бензина. При средней стоимости 20 рублей за литр за год получается 6 560 000 рублей .
Рис.11. Транспортные средства передвижения
В деревне есть мастерская (рис.12.), в которой разновидность техники: машины, трактора, комбайны. В зимний период времени расходы топлива транспортными средствами минимальны. Больше всего топлива расходуется в летний период времени, во время уборки. В течение года тратится 18 тонн солярки (дизтоплива) и 6 тонн бензина или 18000 кг солярки (дизтоплива) и 6000 кг бензина .
Рис.12. Мастерские
В нашей деревне построена баня для пользования всем населением. Вмещает баня около 30 человек. В бане есть сауна, бассейн, комната отдыха. Топиться баня два раза в месяц. Расход солярки за один стоп бани составляет 200 литров. За месяц объём солярки составил 400 литров, за год 4800 литров . Общая стоимость расходов 96000рублей в расчёте 20 рублей за литр.
Рис.13. Баня д. Плоское
Газ
Отопление благоустроенных квартир производится природным газом. На отопление трёх пятиэтажных домов (180 квартир), школы, детского сада построена отдельная котельная. За отопительный период с октября по апрель объём газа составляет 590 000 м 3 , стоимостью 1 475 000 рублей .
В коттеджах, двух и трёхэтажных домах установлены газовые котлы. Средний расход газа составляет 400 м 3 на семью. Общий расход составляет 593600 м 3 .
Всего расход газа составил 1 183 600 м 3 .
Рис.14. Котельная
Электроэнергия
Наша ЛЭП (линия электропередач) берёт своё начало в г. Десногорск. При среднем расходе за месяц 150 кВт электроэнергии за год 471 семья расходует 847 800 кВт электроэнергии. Школа за год расходует 24000 кВт электроэнергии на сумму 107520 рублей, детский сад 23 990 кВт электроэнергии на сумму 107475,2 рублей с учётом стоимости 4,48 рублей за1кВт.
Общее количество израсходованной энергии 895790 кВт .
Рис.15. Линия электропередач
Таким образом, по использованию природных ресурсов в д. Плоское и
составленным диаграммам 1 и 2 можно сделать следующие выводы:
Диаграмма 1. Расход природных ресурсов в д. Плоское
Диаграмма 2. Расход природных ресурсов в д. Плоское
Природные ресурсы – это наше богатство. Используя их, мы должны помнить, что их запасы не бесконечны. Диаграммы 1 и 2 показывают, что население д. Плоское эффективно использует разнообразие всех природных ресурсов, количество использования не малы. Сжигая их, мы получаем энергию (много энергии), загрязняя тем самым окружающую среду. Потребности населения с каждым годом растут. Необходимо защищать нашу Землю от хищнического использования природных ресурсов и перейти к экологически чистым источникам энергии.
Глава II . Нетрадиционные возобновляемые источники энергии
2.1. Энергия Солнца
В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0.0125% этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% – полностью покрыть потребности на перспективу . К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения.
Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м 2 ,
рис.17. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения «собирали» за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества, нужно разместить их на территории 130 000 км 2 !
Рис. 16. Среднегодовая плотность потока солнечной энергии (цифры над стрелками, Вт/м 2 ) и площадь поверхности Земли (цифры в рамках, 10 3 км 2 ) , на которую ежегодно падает поток солнечной энергии на различных широтах для чистой атмосферы
Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км 2 , требует примерно 10 4 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1.17·10 9 тонн.
2.2. Энергия ветра
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!
Существенным недостатком энергии ветра является ее изменчивость во времени, но его можно скомпенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полной автономии объединить несколько десятков крупных ветроагрегатов, то средняя их мощность будет постоянной. При наличии других источников энергии ветрогенератор может дополнять
существующие. И, наконец, от ветродвигателя можно непосредственно получать механическую энергию.
2.3. Геотермальная энергия
Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится – нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов.
2.4. Энергия внутренних вод
Огромные запасы энергии скрыты в текущей воде, как Мирового Океана, так и внутренних вод. Раньше всего люди научились использовать энергию рек. Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье – в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Преимущества гидроэлектростанций очевидны – постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды.
2.5. Энергия Мирового океана
В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 10 26 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10 18 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив (прежде всего нефти и газа), использование которых к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды (включая сюда также и тепловое «загрязнение», и грозящее климатическими последствиями повышение уровня атмосферной углекислоты), резкая ограниченность запасов урана (энергетическое использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и неопределенность как сроков, так и экологических последствий промышленного использования термоядерной энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам возможностей рентабельной утилизации обширных и безвредных источников энергии и не только перепадов уровня воды в реках, но и солнечного тепла, ветра и энергии в Мировом океане. Широкая общественность, да и многие специалисты еще не знают, что поисковые работы по извлечению энергии из морей и океанов приобрели в последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и что их перспективы становятся все более обещающими.
Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др.
2.6. Энергия биомассы
К биомассе, кроме уже упомянутых водорослей, можно также отнести и продукты жизнедеятельности домашних животных. Так, 16 января 1998 года в газете «Санкт Петербургские Ведомости» была напечатана статья, под названием «Электричество... из куриного помёта» в которой говорилось о том, что находящаяся в финском городе Тампере дочерняя фирма международного норвежского судостроительного концерна Kvaerner стремится получить поддержку ЕС для сооружения в британском Нортхэмптоне электростанции, действующей... на курином помете. Проект входит в программу EС Thermie, которая предусматривает развитие новых, нетрадиционных, источников энергии и методов сбережения энергетических ресурсов. Комиссия ЕС распределила 13 января 140 млн ЭКЮ среди 134 проектов.
Спроектированная финской фирмой силовая установка будет сжигать в топках 120 тысяч тонн куриного помета в год, вырабатывая 75 млн. киловатт-часов энергии.
Глава 3. Использование нетрадиционных источников энергии в
д. Плоское Починковского района
Природные богатства не бесконечны. Сейчас в мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую, геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.
На карте (см. рис. 17.) указаны районы страны, где производство «экологически чистой» энергии наиболее перспективно.
Рис. 17. Перспективные районы производства
«экологически чистой» энергии
Из нетрадиционных источников энергии в нашей деревне широко используется солнечная энергия.
На высоте двух метров устанавливаются металлические ёмкости объёмом 200–300 литров, вода в которых нагревается в солнечную погоду до 40 – 45 С. Такие установки используются как душевые, они устанавливаются возле бань и частных домов (см. рис. 18 и рис. 19).
Рис. 18. Душевая установка Рис. 19. Душевая установка
(вид снаружи) (вид внутри)
Рис. 20. Показания термометра (справа) и градусника (слева)
В таких же ёмкостях жители деревни нагревают воду на своих огородах для полива огородных культур, таким образом, улучшая их рост, развитие и созревание (см. рис. 21).
Рис. 21. Ёмкость для полива растений на огороде
В 10 километрах от деревни Плоское расположено красивейшее озеро, дающее возможность, не только любоваться его красотой, но и удивляться той энергетической силе воды, которая срывается с пяти метровой высоты, падает вниз. Поэтому озеро не переполняется и не выходит из берегов.
На озере установлена дамба – гидротехническое сооружение, аналогичное по устройству земляной платине, предназначенная для защиты низменностей от затопления.
Около 63 млн. тонн воды ежегодно устремляются вниз с пяти метровой высоты дамбы. Энергии этой воды в весенний, летний и осенний периоды хватило бы, наверняка, для снабжения электроэнергией дач, построенных на берегу озера.
Рис. 22. Дивинское озеро
Произведение рассчетов:
Зная площадь основания плит дамбы и толщину слоя падающей воды, можно рассчитать объем падающей воды, который равен 3м 3 . Используя табличные данные плотностей жидкостей, можно рассчитать массу падающей воды, которая равна 3 т за 1 сек.
Из 365 дней 245 дней вода непрерывно движется, кроме 3-х месяцев: декабрь, январь и февраль. 245 дней – это 21 168 000 сек.
Исходя из выше изложенного, получается 63 млн. т воды за год протекает в «пустую», не принося пользы жителям данной местности.
Заключение
За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину. Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного «корма». Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство на энергетическом рынке нефти. И вот новый виток: в наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже. Замена? Нужен новый лидер энергетики.
Им, несомненно, станут ядерные источники. Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля, вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю... Всегда было так: следующий источник энергии был и более мощным. То была, если можно так выразиться, «воинствующая» линия энергетики. В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков но времена изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая». Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.
Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие права гражданства и линия экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, и все тянется к энергетике, зависит от нее.
Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, «черных дырах», вакууме, это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики. Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед. Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия и что все препоны, преграды и трудности будут преодолены. Рассказ об энергии может быть бесконечен, неисчислимы альтернативные формы ее использования при условии, что мы должны разработать для этого эффективные и экономичные методы. Не так важно, каково ваше мнение о нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве, и себестоимости. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: «Нет простых решений, есть только разумный выбор».
Можно сделать следующие выводы:
1) природные ресурсы это наше достояние и мы должны проявлять заботу об экономичном их использовании;
2) пользуясь природными ресурсами, обязаны следить за загрязнением атмосферы и окружающей среды;
3) необходимо бережно пользоваться энергией, учиться получать энергию преобразованием из других форм.
Природа предъявляет строгие требования для человека. Действия и поступки человека не должны влиять на жизнедеятельность нашей планеты. Мы должны любить свою землю, оберегать её, не жить одним днём, а думать о будущём нашей планеты. Так что наше будущее в наших руках.
Список использованной литературы
1. Аугуста Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. – М.:, 1983.
2. Вершинский Н.В. Энергия океана. – М.: Наука, 1986.
3. Володин В. П.Хазановский «Энергия, век двадцать первый». – М.:Наука,1998г.
4. Воронков В.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учеб. для вузов. – М.: Агар: Рандеву-АМ, 1994.
5. Голдин А. «Океаны энергии». – М.:Знание,1989г.
6. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника,
1997.
7. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: в 4-х книгах. – М.: Мир,
1994.
8. Экологически чистая энергетика (в помощь лектору) / Авт.-сост. А.А.
Каюмов. Горький: Горьковский областной совет ВООП и областной молодежный экологический центр «Дронт», 1990. 76 с.
9. Юдасин Л.С. «Энергетика: проблемы и надежды». – М.: Мир, 1991г.
Жизнь современного человека просто немыслима без энергии. Отключение электроэнергии представляется катастрофой, человек уже не мыслит жизнь без транспорта, а приготовление, к примеру, пищи на костре, а не на удобной газовой или электрической плите - это уже из разряда хобби.
До сих пор мы используем для выработки энергии органическое топливо (нефть, газ, уголь). Но их запасы на нашей планете ограничены, и не сегодня-завтра наступит день, когда они иссякнут. Что же делать? Ответ уже есть - искать другие источники энергии, нетрадиционные, альтернативные, запас которых просто неисчерпаем.
К таким альтернативным источникам энергии относятся солнце и ветер.
Использование солнечной энергии
Солнце - мощнейший поставщик энергии. Что-то мы используем в силу наших физиологических особенностей. Но миллионы, миллиарды киловатт уходят впустую и исчезают с наступлением темноты. Каждую секунду Солнце дарит Земле 80 тысяч миллиардов киловатт. Это в несколько раз больше, чем вырабатывают все электростанции мира.
Только представьте, какие выгоды принесет человечеству использование солнечной энергии:
. Бесконечность по времени . Ученые предсказывают, что Солнце не погаснет еще в течение нескольких миллиардов лет. А это значит, что хватит и на наш век и для наших дальних потомков.
. География . На нашей планете нет мест, где не светило бы солнце. Где-то ярче, где-то тусклее, но Солнце есть везде. А значит не нужно будет окутывать Землю бесконечной паутиной проводов, пытаясь доставить электроэнергию в отдаленные уголки планеты.
. Количество . Энергии солнца хватит на всех. Даже если кто-то начнет безразмерно запасать такую энергию впрок, это ничего не изменит. Хватит и чтобы батарейки зарядить, и на пляже позагорать.
. Экономическая выгода . Уже не нужно будет тратиться на покупку дров, угля, бензина. Бесплатный солнечный свет будет отвечать за работу водоснабжения и автомобиля, кондиционера и телевизора, холодильника и компьютера.
. Экологически выгодно . Уйдет в прошлое тотальная вырубка лесов, не нужно будет топить печи, строить очередные "чернобыли" и "фукусимы", жечь мазут и нефть. Зачем прикладывать столько сил к уничтожению природы, когда в небе есть прекрасный и неиссякаемый источник энергии - Солнце.
К счастью, это не мечты. По оценкам ученых, уже к 2020 году 15% электроэнергии в Европе будет обеспечиваться за счет солнечного света. И это только начало.
Где используют солнечную энергию
. Солнечные батареи . Батареи, установленные на крыше дома, уже никого не удивляют. Поглощая энергию солнца, они преобразуют ее в электрическую. В Калифорнии, например, любой проект нового дома подразумевает обязательное использование солнечной батареи. А в Голландии город Херхюговард называют "городом Солнца", потому что здесь все дома оснащены солнечными батареями.
. Транспорт .
Уже сейчас все космические корабли во время автономного полета обеспечивают себя электричеством за счет энергии солнца.
Автомобили на солнечных батареях. Первая модель такого автомобиля была представлена еще в 1955 году. А уже в 2006 году французская компания Venturi наладила серийный выпуск "солнечных" автомобилей. Характеристики его пока скромны: всего 110 километров автономного хода и скорость не выше 120 км/ч. Но практически все мировые лидеры автомобильной промышленности разрабатывают свои версии экологически чистых авто.
. Солнечные электростанции .
. Гаджеты . Уже сейчас есть зарядки для многих устройств, которые работают от солнца.
Виды солнечной энергии (солнечные электростанции)
В настоящее время разработано несколько видов солнечных электростанций (СЭС):
. Башенные . Принцип работы прост. Огромное зеркало (гелиостат) поворачивается вслед за солнцем и направляет солнечные лучи на теплоприемник, заполненный водой. Далее все происходит как в обычной ТЭЦ: вода закипает, превращается в пар. Пар крутит турбину, которая задействует генератор. Последний и вырабатывает электричество.
. Тарельчатые . Принцип работы схож с башенными. Отличие заключается в самой конструкции. Во-первых, используется не одно зеркало, а несколько круглых, похожих на огромные тарелки. Зеркала устанавливают радиально, вокруг приемника.
Каждая тарельчатая СЭС может иметь сразу несколько подобных модулей.
. Фотовольтаические (использующие фотобатареи).
. СЭС с параболоцилиндрическим концентратором . Огромное зеркало в форме цилиндра, где в фокусе параболы установлена трубка с теплоносителем (чаще всего используют масло). Масло разогревается до нужной температуры и отдает тепло воде.
. Солнечно-вакуумные . Участок земли закрывают стеклянной крышей. Воздух и почва под ней нагреваются сильнее. Специальная турбина гонит теплый воздух к приемной башне, возле которой установлен электрогенератор. Электричество вырабатывается за счет разницы температур.
Использование энергии ветра
Еще один вид альтернативного и возобновляемого источника энергии - ветер. Чем сильнее ветер, тем большее количество кинетической энергии он вырабатывает. А кинетическую всегда можно преобразовать в механическую или электрическую энергию.
Механическую энергию, получаемую за счет ветра, используют уже давно. Например, при помоле зерна (знаменитые ветряные мельницы) или перекачивания воды.
Энергию ветра используют также:
В ветряных установках, которые вырабатывают электричество. Лопасти заряжают аккумулятор, от которого ток подается в преобразователи. Здесь постоянный ток преобразуется в переменный.
Транспорт. Уже сейчас есть автомобиль, который едет за счет энергии ветра. Специальная ветровая установка (кайт) позволяет двигаться и водным судам.
Виды ветряной энергии (ветряные электростанции)
. Наземные - самый распространенный вид. Такие ВЭС устанавливают на холмах или возвышенностях.
. Шельфовые . Их строят на мелководье, в значительном удалении от берегов. Электричество поступает на сушу по подводным кабелям.
. Прибрежные - устанавливают на некотором удалении от моря или океана. Прибрежные ВЭС используют силу бризов.
. Плавающие . Первый плавающий ветрогенератор был установлен в 2008 году недалеко от берегов Италии. Генераторы устанавливают на специальных платформах.
. Парящие ВЭС размещают на высоте на специальных подушках, выполненных из невоспламеняемых материалов и наполненных гелием. Электричество на землю подается по канатам.
Перспективы и развитие
Самые серьезные перспективные планы по использованию энергии солнца ставит перед собой Китай, который к 2020 году планирует стать мировым лидером в этой области. Страны ЕЭС разрабатывают концепцию, которая позволит получать до 20% электроэнергии из альтернативных источников. Американское Министерство энергетики называет меньшую цифру - к 2035 году до 14%. Есть СЭС и в России. Одна из самых мощных установлена в Кисловодске.
Что касается использования энергии ветра, то приведем некоторые цифры. Европейская Ассоциация ветровой энергетики опубликовала данные, которые показывают, что ветроэнергетические установки обеспечивают электричеством многие страны мира. Так, в Дании, за счет таких установок получают 20% потребляемой электроэнергии, в Португалии и Испании - 11%, в Ирландии - 9%, в Германии - 7%.
В настоящее время ВЭС установлены более чем в 50 странах мира, а их мощность растет из года в год.