Роль возобновляемых источников энергии в энергообеспечении

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Р Е Ф Е Р А  Т 

по  курсу  

Экология 

на  тему: “Роль возобновляемых источников энергии  в энергообеспечении” 
 
 
 
 
 

                                                      Выполнил :  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва

2011

    Содержание

1. Введение                                                                                                              3
2. Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии и технологии их освоения                                                                                                         4
1. Солнечная энергия                                                                                       4
2. Ветровая энергия                                                                                          5
3. Геотермальная энергия                                                                                5
4. Приливная энергия                                                                                      6
5. Энергия воды (мини-ГЭС)                                                                          6
6. Энергия биомассы                                                                                       7
3. Роль возобновляемых источников энергии в энергосбережении                 8
4. Особенности энергетики России                                                                    10
5. Развитие возобновляемых источников энергии в мире                               14
6. Перспективы развития возобновляемых источников энергии в России    17
7. Плюсы и минусы возобновляемых источников энергии                             19        
8. Заключение                                                                                                       20
9. Список использованной литературы                                                              21

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Введение

    Термин  возобновляемые источники энергии  применяется по отношению к тем  источникам энергии, запасы которых восполняются естественным образом, прежде всего, за счет поступающего на поверхность Земли потока энергии солнечного излучения, и в обозримой перспективе являются практически неисчерпаемыми. Это, в первую очередь, сама солнечная энергия, а также ее производные: энергия ветра, энергия растительной биомассы, энергия водных потоков и т.п. К возобновляемым источникам энергии (рис. 1) относят также геотермальное тепло, поступающее на поверхность Земли из ее недр, низкопотенциальное тепло окружающей среды, которое можно использовать, например, с помощью тепловых насосов, а также некоторые источники энергии, связанные с жизнедеятельностью человека (тепловые «отходы» жилища, органические отходы промышленных и сельскохозяйственных производств, бытовые отходы и т.п.).

    

    Энергетический  потенциал большинства из перечисленных  выше возобновляемых источников энергии в масштабах планеты и отдельных стран во много раз превышает современный уровень энергопотребления, и поэтому они могут рассматриваться как возможный источник производства энергии. Известные сценарии развития человечества предполагают необходимость широкого освоения возобновляемых источников энергии уже в ближайшие десятилетия, как по причине неизбежного сокращения добычи и повышения стоимости нефти, газа и угля, так и по экологическим причинам (эмиссия СО2 и другие вредные воздействия традиционной энергетики на окружающую среду). Использование возобновляемых источников энергии, как правило, не оказывает серьезного негативного воздействия на окружающую среду, в большинстве своем они являются экологически чистыми и повсеместно доступными источниками энергии. 
 
 
 
 
 
 
 

2. Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии и технологии их освоения

2.1. Солнечная энергия.

    Основным  видом "бесплатной" неиссякаемой энергии по справедливости считается  Солнце. Оно ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз  большую, чем при ядерном взрыве 1 кг урана (U2351).

      К настоящему времени основными способами  использования солнечной энергии  являются преобразование ее в электрическую  и тепловую.

    Самый простой способ использования энергии  Солнца - солнечные коллекторы, в  состав которых входит поглотитель (зачерненный металлический, чаще всего алюминиевый лист с трубками, по которым протекает теплоноситель). Коллекторы устанавливаются неподвижно на крышах домов под углом к горизонту, равным широте местности или монтируются в кровлю. В зависимости от условий инсоляции в коллекторах теплоноситель нагревается на 40-50° больше, чем температура окружающей среды. Такие системы применяются в индивидуальном жилье, практически полностью покрывая потребность населения в горячей воде; в районных отопительных установках, а также для получения технологической тепловой энергии в промышленности. Солнечные коллекторы производятся во многих городах России, и стоимость их вполне доступна.

      Солнечные коллекторы являются техническими устройствами, предназначенными для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию в системах теплоснабжения для нагрева воздуха, воды или других жидкостей. Системы теплоснабжения принято разделять на пассивные и активные. Самыми простыми и дешевыми являются пассивные системы теплоснабжения, которые для сбора и распределения солнечной энергии используют специальным образом сконструированные архитектурные или строительные элементы зданий сооружений и не требуют дополнительного специального оборудования.

      В настоящее время наибольшее распространение получают активные системы теплоснабжения со специально установленным оборудованием для сбора, хранения и распространения энергии солнца, которые по сравнению с пассивными позволяют значительно повысить эффективность использования солнечной энергии, обеспечить большие возможности регулирования тепловой нагрузки и расширить область применения солнечных систем теплоснабжения в целом.

    Электроэнергия  от светового потока может производиться  двумя путями: путем прямого преобразования в фотоэлектрических установках, либо за счет нагрева теплоносителя, который производит работу в том или ином термодинамическом цикле. Прямое фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию используется на фотоэлектрических или солнечных станциях, работающих параллельно с сетью, а также в составе гибридных установок для автономных систем ("экодомов" и пр.).

    Солнечная фотоэлектрическая установка состоит  из солнечных батарей в виде плоских  прямоугольных поверхностей, работа которых состоит в преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Электрический ток в фотоэлектрическом генераторе возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них солнечного излучения. Наиболее эффективны фотоэлектрические генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы на границе между проводником и светочувствительным полупроводником (например, кремний) или между разнородными проводниками.

      Наибольшее  распространение получили солнечные  фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов: монокристаллического, поликристаллического и аморфного.

    Возможно  также комбинированное производство электрической и тепловой энергии. В перспективе предполагается, что  солнечной энергии будет придаваться большое значение вследствие ее щадящего воздействия на окружающую среду по сравнению с большинством других источников энергии. Это со временем выльется в относительную экономичность, однако пока удельные капитальные вложения в фотоэлектрические установки превышают традиционные в пять и более раз.

2.2. Ветровая энергия.

      Ветроэнергетические установки являются основным способом преобразования ветровой энергии в  электрическую энергию.

    Скорость  и направление ветра меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным", чем Солнце. Таким образом, возникают две проблемы, которые необходимо решить в целях полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность "ловить" кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Может быть, одним из решений станет внедрение новой технологии по созданию и использованию искусственных вихревых потоков.

    Наиболее  распространенным типом ветроэнергетической установки является ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей - чаще всего 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Спектр единичных мощностей выпускаемых ветроустановок в мире весьма широк: от нескольких сот Вт до 2-4 МВт.

    Другая  популярная разновидность ветроэнергетической установки - карусельные ветродвигатели. Они тихоходны, и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при сильном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора, работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов неэффективно из-за низкого КПД последних. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем, "откуда дует ветер", что весьма существенно для приземных рыскающих потоков.

      Малые ветроэнергетические установки (мощностью до 100 кВт) находят широкое применение для автономного питания потребителей, и сферы их использования во многом совпадают с фотопреобразователями. Особенно эффективно использование малых установок для водоснабжения (подъем воды из колодцев и скважин, ирригация). Автономные малые ветроустановки могут комплектоваться аккумуляторами электрической энергии и/или работать совместно с дизельгенераторами. В ряде случаев используются комбинированные ветро-солнечные установки, позволяющие обеспечивать более равномерную выработку электроэнергии, учитывая то обстоятельство, что при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной - наоборот, усиливается.

      Крупные ветроустановки (мощностью более 100 кВт), как правило, - сетевые, т.е. предназначены  для работы на электрическую сеть. Удельная стоимость крупных ВЭУ  сегодня лежит в интервале 800-1000$/кВт, а малых ВЭУ, как правило, выше и увеличивается с уменьшением мощности, достигая величины 3000 $/кВт (иногда и выше) для установок мощностью от нескольких сот Вт до 1 кВт.

2.3. Геотермальная энергия

      Геотермальное теплоснабжение является достаточно хорошо освоенной технологией. Преобразование внутреннего тепла Земли в электрическую энергию осуществляют геотермальные электростанции.

      Источники глубинного тепла - радиоактивные превращения, химические реакции и др. процессы, происходящие в земной коре. Температура пород с глубиной растет и на уровне 2000-3000 м от поверхности Земли превышает 100°С. Циркулирующие на больших глубинах воды нагреваются до значительных температур и могут быть выведены на поверхность по буровым скважинам. В вулканических районах глубинные воды, нагреваясь, поднимаются по трещинам в земной коре. В этих районах термальные воды имеют наиболее высокую температуру и расположены близко к поверхности, иногда они выделяются в виде перегретого пара

      Современные экологически чистые геотермальные  электростанции исключают прямой контакт геотермального рабочего тела с окружающей средой и выбросы вредных парниковых газов (прежде всего СО₂) в атмосферу. С учетом лимитов на выбросы углекислого газа геотермальные электростанции и геотермальные рабочие тела имеют заметное экологическое преимущество по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическом топливе.

    Геотермальная энергия, строго говоря, не является возобновляемой, поскольку речь идет не об использовании  постоянного потока тепла, поступающего из недр к поверхности (в среднем 0,03 Вт/м2), а об использовании тепла, запасенного жидкими или твердыми средами, находящимися на определенных глубинах. Мировые запасы геотермальной энергии составляют: для получения электроэнергии - 22400 ТВт*ч/год, для прямого использования - более 140 ТДж/год тепла. Существующие геотермальные электростанции (геоТЭС) представляют собой одноконтурные системы, в которых геотермальный пар непосредственно работает в паровой турбине, или двухконтурные с низкокипящим рабочим телом во втором контуре.