Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии

Федеральное агентство по образованию  Российской Федерации Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» в г. Миассе                                                                      

Факультет «Экономики, управления, права» 

  Кафедра «Финансы и кредит» 
 
 

Возобновляемые  и невозобновляемые источники энергии 
 

РЕФЕРАТ

по дисциплине (специализации) «Экология» 
 

 

Содержание

Введение

1. Определение: возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.
2. Характеристика возобновляемых источников энергии и проблемы их использования.

1. Энергия ветра
2. Характеристики ветра
3. Энергия волн
4. Характеристики волн

       2.5.     Разница температур в океане и между океаном и атмосферным воздухом как источник энергии

             2.6. Энергия и мощность прилива 

3. Характеристика  невозобновляемых источников энергии  и проблемы их использования.

1. Уголь
2. Нефть
3. Природный газ

4. Основные проблемы перехода на возобновляемые источники энергии и методы их устранения.
5. Заключение.
6. Литература.

 

Введение 

     В настоящее время актуальным стал вопрос перехода от традиционных источников энергии к альтернативным. Поэтому сейчас уже можно говорить о перспективах их массового применения, что актуально в условиях ограниченности запасов невозобновляемых источников. Однако нужно рассмотреть все аспекты использования альтернативных источников энергии. 

     Целью работы является выявление преимуществ и недостатков как возобновляемых, так и невозобновляемых источников энергии. Для этого были поставлены следующие задачи:

- изучить  характероистики возобновляемых и невозобновляемых источников энергии

- рассмотреть  проблемы их использования

- проанализировать  проблемы перехода на возобновляемые источники энергии, а также найти методы их устранения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Определение: возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.

 

Все источники  энергии можно разделить на два  класса:

1. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Типичный пример такого источника - солнечное излучение с характерным периодом повторения 24 ч. Возобновляемая энергия присутствует в окружающей среде в виде энергии, не являющейся следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

   В современной мировой практике к  ВИЭ относят: гидро, солнечную, ветровую, геотермальную, гидравлическую энергии, энергию морских течений, волн, приливов, температурного градиента морской  воды, разности температур между воздушной массой и океаном, тепла Земли, биомассу животного, растительного и бытового происхождения.

   Существуют  различные мнения о том, к какому типу ресурсов следует относить ядерное  топливо. Запасы ядерного топлива с  учётом возможности его воспроизводства  в реакторах-размножителях, огромны, его может хватить на тысячи лет. Несмотря на это его обычно причисляют к невозобновляемым ресурсам. Основным аргументом для этого является высокий риск для экологии, связанный с использованием ядерной энергии.

2. Невозобновляемые источники энергии - это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека. Вместо не совсем удобного термина "невозобновляемый" мы часто будем использовать термин "истощаемый".

     Уголь, нефть, природный газ, торф, горючие  сланцы и дрова – это запасы лучистой энергии Солнца, извлеченные и преобразованные растениями. В процессе реакции фотосинтеза из неорганических элементов окружающей среды – воды Н2О и углекислого газа СО2 – под воздействием солнечного света в растениях образуется органическое вещество, основным элементом которого является углерод С. В определенную геологическую эпоху на протяжении миллионов лет из отмерших растений под воздействием давления и температурного режима, которые, в свою очередь, являются результатом конкретного количества энергии Солнца, падающего на Землю, и образовались органические энергетические ресурсы, основу которых составляет углерод, ранее накопленный в растениях. Энергия воды также получается за счет солнечной энергии, испаряющей воду и поднимающей пар в высокие слои атмосферы. Ветер возникает за счет различной температуры нагревания Солнцем разных точек нашей планеты. Кроме того, непосредственно излучение Солнца, приходящееся на поверхность Земли, обладает огромным потенциалом энергии. 

2. Характеристика возобновляемых источников энергии и проблемы их использования.

 

     Энергия ветра 

     Так как ветер – это поток воздуха, распространяющийся с определенной скоростью, его кинетическая энергия  может рассматриваться в качестве источника энергии. Кинетическая энергия единицы воздушной массы пропорциональная квадрату скорости ветра, а удельная мощность, переносимая ветром через единицу площади, пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому главной характеристикой ветра как источника энергии является его скорость.[1] 

     Характеристики  ветра 

     Для использования ветра в качестве источника энергии следует знать  некоторые его характеристики. Ключевой среди них является скорость ветра V, так как кинетическая энергия  единицы воздушной массы, движущейся со скоростью V равна U²/2. Тогда удельная мощность Р0, переносимая потоком ветра со скоростью V [м/с] через плоскость площадью 1 м², перпендикулярно направлению движения ветра, будет равна: 

     Р0 = р U³/2, [W m^-2], 

где р, кг/м³ – плотность воздуха.

     Это означает, что удельная мощность ветра пропорциональна кубу его скорости.

     Всем  известно, что ветер довольно изменчив. Его скорость меняется через короткие или более длинные промежутки времени и времена года. Важной характеристикой ветра является его турбулентность, проявляющаяся в хаотическом изменении скорости ветра, так что время от времени регистрируются достаточно большие его скачки (порывы). Также непостоянны характеристики ветра и из года в год.

     Так как удельная мощность ветра главным  образом зависит от его скорости, то для использования энергии ветра необходимо знать его поведение в конкретной точке. Сначала необходимо определить среднюю скорость ветра в выбранной точке, а затем отклонения от этой величины, их частоту и значения.

     Скорость  ветра в данный момент может быть выражена как: 

     U =U_m + U_f, 

где U_m – средняя скорость, которая обычно определяется для десятиминутного интервала; U_f – изменяющаяся составляющая скорости ветра.

     Замеры U_f в течение определенного отрезка времени дают возможность подсчитать средний квадрат колебаний скорости ветра U_f² отношение: 

      . 

     Информация  о характеристике ветра собирается при помощи сети метеорологических  станций. Однако их количество не достаточно, и они расположены далеко друг от друга и не позволяют получить информацию о том, что происходит между ними.

     При установке ветровых станций, нужно  иметь очень точные данные и для  этого используют различные карты, графики, предоставляющие различные  характеристики ветра в отдельных  участках.

     Вполне  возможно использовать кинетическую энергию  ветра при помощи некоторого искусственного приспособления, на которое будет действовать ветер, и которое будет поглощать часть его кинетической энергии для выполнения некоторой работы.

     Эта идея успешно использовалась нашими предками для передвижения кораблей, вращения мельниц, которые мололи зерно и перекачивали воду.

     В более поздние времена, с приходом электричества, энергия ветра стала  использоваться для движения электрогенераторов, и для некоторых стран электричество, вырабатываемое ветром, занимает важное местно в энергетике.

     Энергия ветра наряду с энергией речных потоков  на протяжении многих столетий являлась основными источниками механической энергии. Сегодня существует тенденция  к оснащению современных судов  парусам и в качестве дополнительного  источника движения с целью экономии обычного топлива.[1] 

       Энергия волн 

     Существует  несколько видов волн в зависимости  от их происхождения и характеристик. Обычно когда речь идет об энергии  волн, то что мы имеем ввиду, это  ветровые волны, которые образуются из-за ветра, дующего через обширные океанские пространства. Эти волны могут рассматриваться в качестве важного источника энергии сами по себе. Ветер, в свою очередь, образуется из-за неравномерного распределения солнечной энергии по земной поверхности. Средняя плотность энергии волн в океане довольно низкая около 2,7 Вт/м², что значительно ниже средней плотности солнечной энергии. Однако при возникновении высоких волн энергия становится более концентрированной.

     Есть  и другой тип волн – прибой, который  можно наблюдать в прибрежных зонах. Их энергия так же может рассматриваться в качестве источника энергии, преимущественно местного значения.

     Кроме ветровых волн, есть и приливные  волны. Их энергия так же велика, но они рассматриваются отдельно от ветровых волн. Энергию одиночных волн, известных как цунами практически невозможно обуздать.[1] 

       Характеристики волн 

     Форма и поведение волн в значительной степени зависят от глубины моря. Волны, идущие в глубокой воде, имеют  синусоидальную форму, и их поведение  можно описать с известной долей точности при помощи теории линейных колебаний. Волны в мелких водах имеют более сложную форму, и их описание требует более тонкого подхода. Волны, рассматриваемые в качестве источника энергии, – это главным образом волны в глубоких водах.

     Энергия, содержащаяся в волне, пропорциональна  длине волны или квадрату её высоты H. Самыми привлекательными волнами с точки зрения извлечения энергии, являются высокие волны, высотой около 2 м и длинной до 100-150 м. такие волны, возникающие в открытом океане вдали от берега, могут выработать от 50 до 70 кВт энергии на каждый метр фронта волны.

     В зависимости от характера движения частичек воды энергия волны складывается из двух составляющих – кинетической энергии и потенциальной энергии. Кинетическая энергия связана с вращательным движением частичек воды, в то время как потенциальная энергия определяется поднятием частичек воды над средним уровнем моря. В синусоидальной волне обе эти величины равны.