Возобновляемые источники энергии

В последнее время оживлённо обсуждается тезис об удвоении ВВП страны, причём представители разных ведомств имеют разные мнения по поводу того, сколько лет понадобится для достижения такой цели и какие маршруты приведут к ней быстрее.

Россия потребляет около 1 млрд. тонн условного топлива в год, из которых безвозвратно теряется примерно 420 млн. , или 42%. Чтобы увеличить ВВП на 1%, в России приходится повышать расход топливно-энергетических ресурсов на 0,8 % (для сравнения: в ЕС этот показатель составляет в среднем 0,4 %). Единственная надежда на выход из этой усугубляющейся ситуации связана с тем, чтобы во главу угла поставить резкий рост энергоэффективности и максимальной экономии энергетических и других ресурсов.

В 1973 году ОПЕК ввело эмбарго на добычу нефти и с тех пор из года в год регулирует количество добываемой нефти. Уменьшение добычи нефти на Ближнем Востоке, увеличение за короткий период времени стоимости на нефть в несколько раз, а также понимание того, что ископаемые источники энергии не бесконечны, заставило ряд государств вернуться к изучению, развитию и внедрению нетрадиционных источников, которые хранят в себе огромное количество энергии .

Поэтому целью моей исследовательской работы является рассмотрение получения электрической энергии с помощью возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Их развитие стимулируется экологическими проблемами. Недопустимо большие выбросы оксидов серы и азота, "парниковый эффект", разрушение озонного слоя, загрязнение океанов выбросами нефти.

В первой главе я рассмотрел энергию Солнца.

Солнце, ближайшая к нам звезда — надежный термоядерный реактор, который обеспечивает нашу планету по-настоящему чистой энергией. Она экологична – ничего не загрязняет, ничего не нарушает, она дает жизнь всему сущему на Земле. И люди с давних пор приходили к мысли, что эту энергию можно использовать себе на благо. Солнце обеспечивает нас в 10000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире.

Распределение глобального потока солнечной радиации на поверхности земного шара крайне неравномерно. Количество солнечной энергии зависит и от географического месторасположения участка. На юге России есть обширные области, где солнечных дней больше, чем в Германии, Италии или Испании.

Далее я рассмотрел солнечные тепловые электростанции:

По способу производства тепла солнечные тепловые электростанции подразделяют на солнечные концентраторы (зеркала) и солнечные пруды.

Солнечные концентраторы – это электростанции, которые концентрируют солнечную энергию при помощи линз и рефлекторов, могут вырабатывать электричество днем и ночью, в любую погоду.

В солнечных параболических концентраторах используются параболические зеркала (лотки), которые концентрируют солнечный свет на приемных трубках, содержащих жидкость-теплоноситель.

Солнечная установка тарельчатого типа - этот вид гелиоустановки представляет собой батарею параболических тарелочных зеркал (схожих формой со спутниковой тарелкой), которые фокусируют солнечную энергию на приемники.

В солнечных электростанциях башенного типа с центральным приемником используется вращающееся поле отражателей-гелиостатов. Они фокусируют солнечный свет на центральный приемник, сооруженный на верху башни, который поглощает тепловую энергию и приводит в действие турбогенератор. .

Солнечная батарея или фотоэлемент, представляет собой фотоэлектрический генератор, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников. Фотоэлемент можно расположить на крыше здания, в ставнях окон, чтобы питать электроэнергией жилище человека.

В наши дни появилось уже немало «солнечных домов». Крыша и ставни дома выполнены из солнечных фотоэлементов, которые в сумме вырабатывают около18 кВт . Этого достаточно, чтобы жилые помещения не нуждались в других источниках энергии.

В России тоже существует федеральная целевая программа «Энергоэффективная экономика» принятая на 2006-2010гг.

Во второй главе я рассмотрел энергию ветра.

Ветер представляет собой одну из форм преобразованной солнечной энергии, так как его причина неравномерное нагревание атмосферы Солнцем. Энергия ветра сыграла немаловажную роль в развитии человека. Наряду с энергией воды и домашних животных ветер также используется людьми с глубокой древности - вспомним хотя бы ветряные мельницы. Начиная с древних времен люди использовали энергию ветра как в мирных, так и в военных целях. За 5 тысячи лет до рождения Христа древние египтяне использовали ветер, чтобы переплывать Нил на лодке с помощью паруса. Так было изобретено парусное судно.

Существует мнение, что еще до нашей эры в Китае была изобретена ветряная мельница. Но подтвержденные сведения про использование энергии ветра в бытовых целях дошли до нас из Персии. Персы использовали ветер и ветряные мельницы, чтобы молоть зерно, примерно за 200 лет до н. э.

Вплоть до 1930-х гг. на многих американских фермах с их помощью мололи зерно, качали воду и получали в небольших количествах электроэнергию. А ветряные мельницы в Нидерландах? Неотъемлемая часть пейзажа, как каналы, дамбы и протоки. Эти трудолюбивые вертушки даже дарили голландскому крестьянину землю: откачивая воду с затопленных территорий, они отвоевывали их у наступающего моря и превращали в культурные сельскохозяйственные угодья. К концу XIX века в маленькой Дании тоже крутилось 30 тыс. ветряных мельниц. Советский Союз в 30-е годы занимал ведущее место в ветроэнергетике, еще в 1931 г. была построена самая крупная в мире ВЭУ мощностью 100 кВт, разрушенная во время войны. Широко применялись ветродвигатели с диаметром колеса до 18 м и мощностью до 30 кВт. После войны производство ВЭУ было восстановлено, причем годовой выпуск ветроагрегатов в 1956 г. достиг 9 тыс. шт. Однако в связи с развитием крупных энергетических систем, базирующихся на электростанциях с органическим и ядерным топливом, а также с электрификацией села в 60-е годы исследования в области ветроэнергетики были прекращены. Ветроэнергетика — это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра. Общий ветроэнергетический потенциал Земли в 30 раз превышает годовое потребление электричества во всем мире.

Экономический потенциал страны составляет около 30 % от производства электроэнергии всеми электростанциями России.

Современные машины, используемые для преобразования энергии ветра в электроэнергию называются ветротурбинами, которые объединяются в ветряные электростанции.

Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВт·ч, электроэнергии.

Крупнейшие страны мира планируют строительство новых ветроэлектростанций.

Ситуация с ветроэнергетикой в нашей стране, такой богатой на ветра и поля, оставляет желать лучшего. Еще при Советском Союзе были попытки организовать «добычу» безопасной энергии. Но низкая цена на ископаемые источники энергии не стимулировала к развитию технологий по использованию возобновляемых источников энергии. И если до 60х годов были неплохие результаты эксплуатации энергии ветра, то после был сделан упор на строительство ГЭС, ТЭС и АЭС. Есть у ветроэнергетики и свои недостатки: она является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра, фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности энергонагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию, однако, в марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии, из-за роста цен на природный газ и уголь.

После ряда проблем и аварий на крупных АЭС уже в 90-х годах ученые вышли с предложениями о внедрении безопасной добычи энергии с возобновляемых источников. В России также построены в разных районах ветроэлектростанции и существуют проекты на разных стадиях проработки.

Итак, в результате моего анализа можно сделать следующий вывод: человечеству нужно переходить на производство экологически более безопасной и распространенной энергии, в данном случае солнечной и ветряной.

В настоящее время основная доля производства энергии лежит на ТЭС, ГЭС и АЭС то есть на невозобновляемых источниках энергии, а что будет, когда закончатся нефть и газ, основной вид сырья для ТЭС, экологическая обстановка ухудшиться до того, что эксплуатация ГЭС и АЭС будет опасной, где найти ту энергию без которой невозможна жизнь современного человека? Выходом является использование альтернативной энергии.

Идет работа, идут оценки. Пока они, надо признать, не в пользу солнечных электростанций: сегодня эти сооружения относятся к наиболее сложным и дорогостоящим техническим методам получения гелиоэнергии. Но может создаться такое положение в мире, когда относительная дороговизна солнечной энергии будет не самым большим ее недостатком. Речь идет о «тепловом загрязнении» планеты вследствие гигантского масштаба потреблении энергии. Необратимые последствия, утверждают ученые, наступят, если потребление энергии превысит сегодняшний уровень в сто раз. Упускать этого из виду никак нельзя. Вывод же ученых таков: на определенном этапе развития цивилизации крупномасштабное использование экологически чистой солнечной энергии и энергии ветра становится полностью необходимым, поскольку не нарушает равновесия в природе.

Перечень видов нетрадиционной энергетики на возобновляемых источниках энергии в будущем будет постоянно расширяться в связи с успехами в науках и технологиях, в частности в связи с достижениями в технологиях производства высокотемпературных сверхпроводников и полупроводниковых материалов для фотоэлементов.

Также уже сейчас во многих странах мира для получения электроэнергии широко используется энергия ветра. По прогнозным оценкам к 2010 г. за счет использования ВИЭ в мире будет замещено около 1 млрд. , а к 2020 г. — 2,5 млрд. тонн условного топлива.

Доля ВИЭ в производстве электроэнергии и теплоты в мире составит соответственно в 2010 г. 2,5 %, а к 2020 г. около 8%. В промышленно развитых странах мира созданы долгосрочные национальные программы по освоению ВИЭ. Мировой энергетический конгресс (МИРЭК) разрабатывает межнациональную программу развития возобновляемой энергетики до 2020 г.. Можно сказать, что уже сейчас многое делается для того, чтобы будущие поколения жили в экологически более чистой местности и дышали свежим воздухом.