Альтернативные источники энергии

                                                                     Содержание  

1. Введение                                                                                   2
2. Энергия Солнца                                                                     3
3. Геотермальная энергия и ее характеристики                      8
4. Энергия ветра                                                                        10
5. Энергия воды                                                                          13

                5.1.Энергия воды                                                                      14

                5.2Энергия волн                                                                      15 

6. Заключение                                                                              17
7. Список литературы                                                                 18

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                       1.Введение 

        Все чаще возникает вопрос  о необходимости совмещения старых технологий с альтернативными способами получения энергии. В пользу этой идеи выдвигается множество аргументов.

     Во-первых, непрерывный рост промышленного сектора, который, является одним из основных потребителей энергетической отрасли, заставляет искать новые способы теплообеспечения. Некоторые специалисты высказывают пессимистичную точку зрения насчет энергетического потенциала Земли - в нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти - на 35--40 лет, газа на 50 лет.

        Во-вторых, необходимы значительные финансовые затраты как для поиска и разработки новых месторождений (сейчас основные стратегические нефтяные залежи находятся под водой и их разработка требует применения сложно и дорогостоящей технологии глубокого бурения), так и на внедрение новых наукоемких технологий. Кроме того, уже организованное производство требует колоссальных финансовых вложений.

        В-третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических  ресурсов. Места разработки и  склады нефтепродуктов становятся опустошенными территориями, непригодными для проживания и любого другого последующего использования. Важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления и парникового эффекта. При сжигании нефти, угля, автомобильного топлива для получения тепла или электричества вырабатывается в огромных количествах двуокись углерода, которая образует своеобразную пленку вокруг поверхности Земли. Эта пленка поглощает тепловое излучение с поверхности планеты, способствуя ее перегреванию. [1]

     Цель  нашей работы – рассказать об альтернативных способах получения энергии, которые не наносят вреда окружающей среде, определить преимущества и недостатки некоторых из них. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА 

     Солнце  – доступная энергия, которая может использоваться тремя основными способами, и при разговоре о солнечной энергии важно различать эти три типа:

     1. Пассивное тепло – тепло, которое  мы получаем от солнца естественно.  Его можно брать во внимание и использовать в проектах зданий так, чтобы меньше требовалось дополнительного обогрева.

     2. Солнечный тепловой тип, где  мы используем тепло солнца, чтобы  нагреть воду для домов или  бассейнов (также системы нагрева).

     3.Фотовольтаический  тип (энергия PV) - использование солнечной энергии для создания электричества, чтобы работали электронные устройства и освещение. Фотовольтаическая система требует не прямой, а только дневной свет, чтобы генерировать электричество.

     Для превращения солнечного света в электричество используются фотовольтаические системы.

     "Фотовольтаика" - соединение двух слов: "фото" - от греческих корней, означает  свет, и "вольтаика" - от "Вольт", что является параметром, который  используют для измерения электрического  напряжения.

     В фотовольтаических системах используются ячейки, преобразующие солнечное излучение в электричество. Чем больше интенсивность света, тем больше поток электричества.

     Наиболее  распространенный полупроводниковый  материал, используемый в ячейках  фотовольтаической системы - кремний, элемент которого больше всего обычно находится в песке. Нет никакого ограничения к его доступности как к сырью; кремний является вторым по распространенности материалом на земле.

     Фотовольтаическая система может генерировать электричество даже в облачные дни. Из-за отражения солнечного света, в слегка облачные дни можно даже получать более высокие энергетические урожаи, чем в дни с абсолютно безоблачным небом.

       Простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах. Принцип действия такого устройства достаточно прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит обычно 80-85%), встречаются с черным дном коллектора и в значительной степени поглощаются им. Дно начинает излучать тепловые инфракрасные лучи, которые не могут проникнуть сквозь стекло обратно наружу, а в нижнем направлении путь им преграждает слой теплоизоляции (рис. 1). Задержанное таким образом тепло передается теплоносителю, протекающему, как правило, по проложенному на дне коллектора змеевику, или полимерным трубкам.

     

     Рис.1 Устройство плоского солнечного коллектора 

     Существуют  коллекторы, которые представляют собой  батарею стеклянных труб. Внутри каждой из них в вакууме располагается  двойная концентрическая трубка (рис. 2). По ее центральному каналу в конструкцию поступает из распределительного коллектора (он также двойной и объединяет функции прямого и обратного) холодный теплоноситель. Возвращаясь по центральному каналу, теплоноситель получает «захваченное» (механизм - примерно такой же, что и в плоском коллекторе) в вакуумной трубке солнечное тепло и забирает его в систему отопления или горячего водоснабжения объекта. Также есть солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок, где для улавливания солнечной радиации применены контактирующие с тепловой трубкой пластины, покрытые по всей длине специальным слоем полупроводника. Это позволяет превратить в тепло солнечную радиацию максимально широкого диапазона.

       
 

     Рис. 2. Принцип работы коллектора с вакуумной трубкой 
 

     Простейшая  система на основе теплового солнечного коллектора - его сочетание с расположенным  выше него баком-аккумулятором горячей  воды. Благодаря разнице плотностей горячей и холодной воды в контуре  возникает циркуляция. Для обеспечения ее постоянства используется специальный насос. Более сложный вариант предусматривает включение коллектора в отдельный контур. Циркулирующий в нем теплоноситель передает сохраненную солнечную энергию через теплообменник в теплоизолированный бак-аккумулятор, позволяющий «запасать» тепло в солнечное время суток и тратить его, когда это нужно. Конструкция бака может предусматривать электрический или газовый нагреватель, который автоматически включается, когда энергии Солнца недостаточно.

     Достаточно  распространен и, пожалуй, наиболее перспективен вариант использования солнечной энергии для теплоснабжения индивидуальных домов и других небольших объектов - система, представляющая собой комбинацию солнечных коллекторов, бака-аккумулятора, одного или нескольких отопительных котлов (рис. 3)

     

     Рис. 3. Комбинированная система теплоснабжения: 1 - солнечный коллектор, 2 - расширительный бак, 3 - бак-аккумулятор, 4 - отопительный котел 
 

     Современная концепция энергоэффективного и  даже энергонезависимого здания предполагает не только тепло-, но и электроснабжение от возобновляемых источников. Преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется в коллекторах на основе фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), которые делятся на два основных вида: электровакуумные и полупроводниковые, последние наиболее эффективны. Преобразование энергии в ФЭП основано на эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Коэффициент преобразования света солнечных элементов в земных условиях достигает 22%. Напряжение солнечных батарей достигает десятков вольт, а мощность - десятков киловатт. Генерируемая с помощью ФЭП энергия может использоваться как непосредственно, так и, превращаясь в переменный ток, напряжением 220 В.

     Кроме перечисленных установок, известны различные виды пассивных гелиосистем. К ним относятся, например, теплицы (оранжереи) и различные «солнечные ловушки», роль которых выполняют  конструктивные элементы зданий. Естественно, мощность таких систем невелика. Их эффективность достигается правильным применением теплоизоляции, увеличением площади прозрачных поверхностей и ориентацией перпендикулярно солнечным лучам. Повышение прозрачности покрытий и уменьшение поглощения лучей также приводят к увеличению эффективности обогрева. В настоящее время для более эффективного выращивания растений в теплицах разработаны прозрачные материалы, трансформирующие солнечный свет в лучи, которые стимулируют рост растений.

     Для стабилизации температурного режима в  гелиотеплицах используются грунтовые аккумуляторы тепла, которые располагаются под грядками и нагревают теплым воздухом или водой. В ряде случаев в качестве аккумулятора используется жилой дом. Такие оранжереи называются пристроенными, они располагаются с южной стороны дома. В этом случае между домом и оранжереях происходит процесс перераспределения тепла. В солнечную погоду оранжерея с прозрачной стенкой работает как солнечный коллектор и нагревает воздушные массы, которые, проникая в дом, передают ему тепло. В отсутствие солнечного освещения, при отоплении дома другими способами, воздушные массы попадают в оранжерею и обогревают ее.[2]

     По  метеорологическим данным в Республике Беларусь в среднем 250 дней в году пасмурных, 85 с переменной облачностью  и 30 ясных, а среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учетом ночей и облачности составляет 243 кал на 1 см² за сутки, что эквивалентно 2,8 кВт·ч/м², а с учетом КПД преобразования для гелиоэлектричества 12% – 0,3 кВт·ч/м². Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 долл. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВт·ч электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путем сжигания топлива.

     Высокая стоимость солнечных коллекторов, а также сопутствующие затраты  на строительно-монтажные работы, конструкции, кабели, системы управления, технические средств для обслуживания, инфраструктуру в настоящее время накладывают сильные ограничения на развитие гелиоэнергетики в Беларуси.

     Основными направлениями использования энергии  солнца будут гелиоводоподогреватели (ГВН) и различные гелиоустановки для интенсификации процессов сушки и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве. Стоимость оборудования для жилого дома или коттеджа варьируется в пределах 900-3500 долл. Белорусские ученые создали гелиоводонагреватель из 24 гелио-коллекторов. При переменной облачности, интенсивности солнечной радиации от 340 до 740 Вт/м2, температуре наружного воздуха 15 — 20 °С, скорости ветра 3 м/сек за 6 часов можно нагреть 1300 л воды от 13 до 44 °С, что достаточно для обслуживания фермы в 200 коров и экономией 6 — 8 тыс. кВт • ч электроэнергии.

     Отдельный интерес представляет пассивное  использование солнечной энергии  методом строительства домов  “солнечной архитектуры“. Расчеты  показывают, что количества энергии, падающее на южную сторону крыши домов площадью 100 м² на широте Минска, вполне хватает даже на отопление зимой. Размеры дешевого гравийного теплового аккумулятора под домом вполне приемлемы.

     Пока  игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный Образовательный Центр. Если проектирование зданий проводить с учетом энергетического потенциала климата местности и условий для саморегулирования теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно сократить на 20-60%. Так, строительство на принципах “солнечной архитектуры” может снизить годовое теплопотребление до 70-80 кВт/м².[3]

     В Приаралье (Казахстан) разработана  методика орошения и освоения засушливых земель с использованием для подъема воды из скважин с помощью солнечных и солнечно-ветровых установок с аккумуляторной батареей.