СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Солнечная энергетика 4

2. Ветровая энергетика 7

3. Геотермальная энергетика 14

4. Энергия океанических  течений, морских  волн и приливов 15

5. Энергия биомассы 19

Заключение 20

Список  литературы 21

Введение

     Во  второй половине ХХ столетия перед  человечеством восстала глобальное проблема – это загрязнение окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. Даже если рассматривать отдельно каждую отрасль этой проблемы, то картина будет складываться ужасная.

    Использование любого вида энергии и производство электроэнергии сопровождается образованием многих загрязнителей воды и воздуха. Перечень таких загрязнителей удивительно длинен, а их количества чрезвычайно огромны. Вполне естественно возникает вопрос, всегда ли использование энергии и производство электроэнергии должно сопровождаться разрушением окружающей среды. И если правда, что любой вид человеческой деятельности неизбежно оказывает вредное воздействие на природу, то степень этого вреда различна. Мы не можем не влиять на среду, в которой живем, поскольку для поддержания жизненных процессов как таковых необходимо поглощать и использовать энергию.

    Человек, безусловно, оказывает влияние на окружающую его среду, однако в природе существуют естественные уравновешивающие механизмы, которые  поддерживают среду и обитающие в ней сообщества в состоянии равновесия, когда все изменения происходят достаточно медленно. Тем не менее во многих случаях хозяйственная деятельность человека нарушает равновесие, создаваемое этими механизмами, что приводит к быстрым изменениям условий окружающей среды, с которыми ни человек, ни природа не могут успешно справиться. Традиционное производство энергии, дающее огромные количества загрязнителей воды и воздуха, - один из видов такой деятельности человека.

    Анализ  перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Солнечная энергетика

       Получение электроэнергии от солнца давно  применяется во всем мире. Главной  задачей ученых на данный момент является необходимость так усовершенствовать имеющиеся технологии, чтобы как можно больше увеличить их КПД.

      В настоящее время исследования по использованию солнечной энергии ведутся на всех континентах. В США к 2020 г. предполагают удовлетворить от 10 до 30% своих энергетических потребностей страны за счет солнечных установок, в Японии в 2010 г. — 3%. Национальные программы развития солнечной энергетики приняты в 68 странах. Солнечная радиация, достигающая внешних границ земной атмосферы, несет энергию в 5,6- 10⁶ ЭДж в год (P= 17 млрд кВт). Около 65 % этой энергии расходуется на нагрев поверхности, испарительно-осадочный цикл, фотосинтез, а также на образование волн, воздушных и океанских течений и ветра, 35% солнечной энергии отражается. Поток солнечной энергии,  достигающий земной поверхности, в 9 тыс. раз больше суммарной энергии, производимой в мире в настоящее время с помощью органических видов топлива и урана.

       Солнечная энергия обладает рядом  преимуществ. Она имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Чтобы обеспечить свои энергетические потребности в 2100 г., человечеству достаточно использовать меньше 0,1 % падающей на Землю солнечной энергии или сороковую часть солнечной энергии, падающей на пустыни. Однако солнечная энергия обладает низкой плотностью потока (800—1000 Вт/м²), ее интенсивность меняется в течение суток, зависит от сезона и т.д. Как падающая, так и рассеянная солнечная радиация относится к прямым видам солнечной энергии. Косвенными видами солнечной энергии являются энергия ветра, волн, приливов, тепловые градиенты океана, гидроэнергия и энергия, полученная благодаря фотосинтезу.

      Условно можно выделить четыре направления  использования солнечной энергии:

• Термодинамическое
• фотоэлектрическое
• биологическое
• химическое

      Термодинамические солнечные электростанции

      Термодинамическое направление (солнечное теплоснабжение) основано на нагревании теплоносителей, например воды, обычными или сконцентрированными солнечными лучами в специальных устройствах-коллекторах. Этот способ уже стал находить практическое применение в США, Японии, в южных районах нашей страны для опреснения и получения горячей воды, обогрева зданий зимой и охлаждения их летом, для сушки различных продуктов и материалов, питания термопреобразователей и т. п. Уже при сегодняшней эффективности солнечные коллекторы могут оказаться экономически целесообразными вплоть до районов, лежащих на 56-й широте (примерно на широте Москвы). Большое внимание во многих странах уделяется фотоэлектрическому способу использования электрической энергии.

      В устройстве термодинамических солнечных  электростанций используют теплообменные элементы с селективным светопоглощающим покрытием. Они способны поглощать до 97% попадающего на них солнечного света. Эти элементы даже за счет обычного солнечного освещения могут нагреваться до 200°С и более. С помощью них воду превращают в пар в обычных паровых котлах, что позволяет получить эффективный термодинамический цикл в паровой турбине. КПД солнечной паротурбинной установки может достигать 20%.

      На  основе этого эффекта была разработана  конструкция аэростатной солнечной электростанции. Источником энергии в ней является баллон аэростата, заполненный водяным паром. Внешняя часть баллона пропускает солнечные лучи, а внутренняя покрыта селективным светопоглощающим покрытием, и позволяет нагревать содержимое баллона до 150-180°С. Полученный внутри пар будет иметь температуру 130-150°С, а давление такое же как атмосферное. Распыляя воду внутри баллона с перегретым паром, получают генерацию пара.

      Пар из баллона отводится в паровую  турбину посредством гибкого  паропровода, а на выходе из турбины превращается в конденсаторе в воду. Из него воду с помощью насоса подают обратно в баллон. За счет пара накопленного за день, такая электростанция может работать и ночью. В течение суток мощность турбогенератора можно регулировать в соответствии с потребностями.

      Главной проблемой является способ размещения солнечных аэростатных электростанций. Такие электростанции можно размещать над землей, над морем или в горах. В каждом случае есть свои плюсы и минусы. Здесь необходимо все учитывать и длину паропровода, и место размещения турбогенератора, и то, чтобы баллоны не мешали движению самолетов

      Фотоэлектрические солнечные электростанции

      К существенному прогрессу здесь  привели открытия, сделанные за последние 10 — 20 лет в физике и химии полупроводников. На их основе были созданы фотоэлектрические преобразователи — солнечные батареи, которые ныне широко используются на космических кораблях. КПД батарей составляет 12— 15%, а на лабораторных образцах достигнуты и значительно лучшие результаты (28 — 29 %).

      Теоретические исследования привели к выводам  о принципиальной возможности достижения в полупроводниковых структурах с переменной шириной запрещенной зоны, использующих объемный фотоэффект, коэффициента полезного действия, близкого к 90%. Однако широкое использование полупроводниковых преобразователей в наземной энергетике сдерживается из-за их пока еще высокой стоимости (стоимость выработки электроэнергии солнечными батареями выше, чем при традиционных способах). Следовательно, одно из главных направлений здесь — разработка более дешевых преобразователей, например с использованием пленочных и органических полупроводников, и менее дорогих технологий их производства.

      В Италии и США уже созданы солнечные  электростанции. Их экологическими недостатками являются большие затраты материалов и нарушения экологического равновесия под солнечными батареями, занимающими площадь в несколько гектаров.

      Наряду  с этим намечаются и пути практического  использования уже имеющихся  биологических преобразователей. С  точки зрения возможности относительно быстрой реализации наиболее заманчивым представляется следующий двухступенчатый метод: вначале под действием солнечного света на культуру быстрорастущих микроводорослей или других растений следует накапливать органическую биомассу, а затем с помощью специальных бактерий перерабатывать ее в высококалорийное топливо, например метан.

      Фотоэлектрические преобразователи отличаются надежностью, стабильностью, а срок их службы практически не ограничен. Они могут преобразовывать как прямой, так и рассеянный солнечный свет. Небольшая масса, простота обслуживания, модульный тип конструкции позволяет создавать установки любой мощности. К недостаткам солнечных батарей можно отнести высокую стоимость и низкий КПД.

      Солнечные батареи используют для энергоснабжения  автономных потребителей малой мощности, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолётов. Есть надежда, что в будущем им найдут применение в отоплении и электроснабжении жилых домов.

      Одним из наиболее перспективных в будущем представляется процесс разложения воды на водород и кислород под действием солнечной радиации. Дело в том, что запасы воды на Земле практически неограниченны, а водород — это ценный химический продукт, который можно использовать в виде экологически чистого топлива, не дающего вредных отходов. Водород является лучшим топливом из всех известных видов: по теплотворности на единицу массы он в 2,6 раза превосходит природный газ и в 3,3 раза нефть или бензин. Кроме того, по мнению ряда ученых, он может передаваться по трубам на большие расстояния с затратами, близкими к стоимости передачи электрической энергии. Заметим, что вследствие непостоянства потока солнечной энергии, падающей на Землю в течение дня или в разные времена года, приходится использовать аккумуляторы энергии. Таким хорошим аккумулятором может быть сам водород, получаемый при разложении воды.

      Извлечь водород из воды можно как электролитически, что довольно дорого, так и прямым химическим (или фотохимическим) путем. Однако видимая часть солнечного света воду практически не разлагает. Поэтому вся проблема сводится к тому, чтобы найти соответствующие катализаторе. Отдельные стадии этого процесса в той или иной степени уже разработаны. Ближайшая задача состоит в том, чтобы соединить эти каталитические системы в единый законченный фотохимический преобразователь.

      Можно предположить, что со временем этот метод также станет экономически выгодным для широкого применения.

      Существуют  и другие способы получения энергии  от солнца, и если удастся решить все проблемы, то спрос на такую  продукцию может быть практически  неограничен. С помощью новых  разработок можно будет решить проблемы энергоснабжения отсталых труднодоступных районов, сократить потребление топливных ресурсов в больших мегаполисах, защитить окружающую среду от излишнего загрязнения выбросами вредных веществ.

2. Ветровая энергетика

       Люди с давних времен использовали энергию ветра. Парусные суда, ветряные мельницы прямое тому доказательство. В наше время переоборудованная ветряная мельница вполне может вырабатывать электроэнергию, и неплохо это делает, судя по последним разработкам ученых.

      Развитие  любой страны в значительной мере связано с обеспеченностью ресурсами, в том числе энергетическими. Установлено, что темпы прироста национального дохода примерно соотвецтвуют темпам роста потребление энергии.

      История развития ветровой энергетики

      Человек всегда стремился использовать силы природы, развитие производственных процессов потребовало перехода от применения мускульной силы к использованию новых источников энергии. Прежде всего человек обратился к силе воды и ветра, которые использовались в промышленном производстве, но главным образом в сельском хозяйстве.

      Впервые энергия ветра была использована, по- видимому, для передвижения парусных судов, а позднее также для подъема воды и размола зерна. Первые ветряные двигатели, по предположению – с вертикальной осью вращения, были построены более 2 тыс. лет назад. Вавилоняне еще до нашей эры использовали их для осушения болот, в Египте, на Ближнем Востоке, в Персии строили ветряные водоподъемники и мельницы. До настоящего времени в некоторых странах бассейна Средиземного моря можно встретить ветряные мельницы с крыльями, имеющими поперечные паруса.

      В Европе, вначале во Франции, ветряные мельницы появились в ХХII в. Ф.Энгельс писал, что « ветряная мельница была изобретена около 1000 г.». В Англии работали мельницы, однотипные по принципу действия с французскими. В Германии первая мельница была построена в 1393 г. Из Германии они распространились в другие страны. В ХIV столетии голландцы широко использовали ветряные мельницы для осушения болот и озер. В начале ХVII в. большая часть территории осушалась с помощью ветроустановок мощностью до 30 – 35 кВт. В этот же период появились усовершенствованные конструкции мельниц и новые ветряные двигатели, которые использовали для привода машин бумагоделательных фабрик, лесопилок и других устройств. В 30-х годах ХVIII в. в Голландии работали 1200 ветроустановок, которые предохраняли 2/3 страны от обратного превращения в болота. Первое изложение теории ветродвигателя относят к началу ХVIII в. В более систематизированном виде она появилась в конце ХIХ в. в Америке и Европе.