Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду - файл n1.rtf

Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду
Скачать все файлы (120.1 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.rtf121kb.16.02.2014 20:15скачать

n1.rtf

Реферат на тему
«Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду»


ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение 3

Использование энергии солнца 4

Использование энергии ветра 5

Геотермальная энергетика 6

Использование энергии океанов и морей 7

Использование вторичных энергетических ресурсов 8

Использование производственных и сельскохозяйственных отходов, энергии малых рек и тепловых насосов 9

Влияние на окружающую среду и целесообразность использования 10

Заключение 11

Литература 12
ВВЕДЕНИЕ.
Система топливно-энергетического комплекса(ТЭК) — это совокупность процессов добычи и преобразования первичных энергоресурсов, связанных с удовлетворением потребности в некоторых конечных продуктах.

К первичным энергоресурсам принято относить традиционные: нефть, газ, уголь, атомную и гидроэнергию, а также нетрадиционные возобновляемые энергоресурсы (НВЭС).

Углеводородное сырье (нефть, углеводородный конденсат, природный и нефтяной газ, уголь) является основным источником энергоресурсов в мире.

Одним из перспективных путей решения возникших в традиционной энергетике проблем является использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), применение которых дает возможность комплексно решать задачи:

— снижения (существенного) отрицательного воздействия традиционной теплоэнергетики на окружающую среду;

— осуществления потребностей определенной части населения, в первую очередь проживающих в сельской местности и в районах, расположенных вдали от централизованных источников энергоснабжения;

— снижения, в известном масштабе, использования органического топлива в низкопотенциальных процессах и сохранение его как сырья для химической промышленности.

НВИЭ следует рассматривать на достаточно продолжительный период (по крайней мере на первую четверть XXI в.) не как альтернативу традиционной энергетики, а как дополнительный источник энергии, решающий важные экологические и социально-экономические задачи.

К НВИЭ в мировой практике относят: солнечную, ветровую, геотермальную, гидравлическую энергии; энергию морских течений, волн, приливов, температурного градиента морской воды, низкотемпературного тепла Земли, воздуха; биомассу животного, растительного и бытового происхождения, водородную энергетику.

Потенциальные возможности НВИЭ практически неограничены. Однако несовершенство техники и технологии, отсутствие необходимых конструкционных и других материалов пока не позволяет широко вовлекать НВИЭ в энергетический баланс. За последние годы в мире особенно заметен научно-технический прогресс в сооружении установок по использованию НВИЭ и в первую очередь: фотоэлектрических преобразований солнечной энергии, ветроэнергетических агрегатов и биомассы.

Россия является мировым лидером по использованию возобновляемых источников энергии: 19% всей выработки электроэнергетии составляют возобновляемые источники (преимущественно - гидроэнергетика). Для сравнения в Германии - 12%, США - 9%, Голландии - 6,7%, Бельгии — 0,2%. В 2009 году в России вступил в силу федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации», целью которого является стимулирование энергосбережения и повышения энергоэффективности.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
На поверхность Земли в течение года поступает солнечная энергия (СЭ), эквивалентная энергии, заключенной в 1,2 • 1014 т у. т., что значительно превышает запасы органического топлива (6 • 1012 т у. т.).

Поступающая к нам СЭ в принципе многократно превосходит энергетические потребности человечества. Однако использование СЭ связано с определенными трудностями, что ограничивает широкомасштабную реализацию технологий. К ним относятся: малая плотность солнечного потока, непостоянство и прерывистость поступления СЭ во времени; зависимость этого потока от географического расположения приемника излучения и др.

Основное направление использования СЭ — преобразование ее в электрическую энергию и получение теплоты для отопления зданий, горячего водоснабжения, опреснения вод, сушки и других технологических целей.

Преобразование СЭ в электрическую может быть осуществлено по следующим двум принципиальным схемам:

- термодинамическим способом на обычных тепловых электростанциях (ТЭС); эта схема ориентирована на сооружение крупных гелиоэнергетических объектов и получение электроэнергии в больших масштабах;

- на фото- или термодинамических элементах.

Солнечное теплоснабжение (СТС) как направление использования СЭ является наиболее освоенным. В основе таких систем лежит использование устройств, преобразующих солнечную радиацию в теплоту. Главным элементом этих устройств является плоский солнечный коллектор, поглощающий солнечные лучи с преобразованием их в тепловую энергию.

По оценкам специалистов (German Advisory Council on Global change, 2003, рисунок 1), к 2100 году солнце станет доминирующим источником энергии на планете. Во многих странах солнечная энергетика получила активную государственную поддержку и стремительно развивается.

В США большое распространение получили солнечные установки горячего водоснабжеия, отопления и кондиционирования воздуха (1,1 млн штук). Перспективным считается использование «пассивных» систем для отопления зданий (200 тыс жилых зданий и 15 тыс. промышленных зданий).

В Японии работает около 310 тыс солнечных бытовых и промышленных установок тепло- и хладоснабжения.

Во Франции более 30 тыс жилых домов используют солнечные коллекторы для отопления.

В Испании общая площадь солнечных коллекторов составила около 220 тыс м2.

В КНР имеется 100 тыс м2 площади солнечных коллекторов мощностью от 300 до 1200 Вт (90% — более 1000 Вт), используемые в основном для «солнечных кухонь».

В России практическое использование солнечной энергии крайне ограничено, несмотря на широкие исследования, которые проводились и проводятся в этом направлении. В стране существует лишь несколько производств солнечных модулей, которые являются основой солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) различных типов, и очень ограниченный сегмент потребителей, готовых приобретать СФЭУ.

Сегодня возникает одновременно целый ряд проектов по созданию и развитию производства СФЭУ в России. Проект строительства завода по производству солнечных модулей на базе передовой тонкопленочной технологии в Чувашской Республике (г. Новочебоксарск), реализуемый компанией «Хевел», – один из таких широкомасштабных проектов.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
Потенциальные ресурсы энергии ветра характеризуются следующими показателями. Ветровая энергия зависит от скорости и силы ветра и изменяется от 16 Вт/м2 (скорость 20 м/с, сила — 10 баллов) до 15000 Вт/м2 (скорость — 30 м/с, сила — 12 баллов). Теоретически на 1 м2 территории в зависимости от скорости ветра может быть использовано около 57% ветровой энергии, практически — не более 33%.

Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, приблизительно равна стоимости электричества, производимого на угольных электростанциях. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников. Однако В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за высокой стоимости.

Китайцы, уже за 3 тысячелетия до нашей эры изготовившие примитивный ветряной двигатель. В древнем Китае энергию ветра использовали для орошения полей, а много позже в Нидерландах, наоборот, с ее помощью откачивали морскую воду, дабы осушить прибрежные земли. Лет тридцать назад человечество вспомнило о ветроэнергетике. Побудил к этому разразившийся в 1970-х годах нефтяной кризис. Лидирует в этой области Германия. Немцы удачно использовали особенности климата на севере страны, где ветры, причем довольно сильные, дуют практически постоянно.

Второе место занимает Испания, третье — США.

Ветроэнергетика в России. Еще в 1931 г. была сооружена в Крыму самая крупная в мире ветроэлектрическая станция (ВЭС) мощностью 100 кВт. Станция работала до 1942 г. и давала электроэнергию в сеть Севастополь энерго напряжением 6300 В. Среднегодовая выработка энергии на ВЭС превышала 270 МВт-ч. Во время Великой Отечественной войны она была разрушена. К этому же периоду относится создание в нашей стране проектов самых крупных в мире ВЭС мощностью 1000 и 5000 кВт, которые не смогли быть реализованы из-за войны.

В настоящее время технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России. Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале. Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.

Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SЕАS Energi Service A.S.
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Геотермальная энергия(ГТЭ) — глубинное тепло Земли — является потенциальным источником электро- и теплоснабжения.

Источники подразделяются на три вида:

- термальные воды, пароводяные смеси, сухой пар, содержащиеся в подземных трещинно-жильных коллекторах и пористых пластовых системах (парогидротермы);

- тепло, аккумулированное в горных породах;

- тепло магматических очагов вулканов и лакколитов (внедренной в осадочные породы магмы).
Источники ГТЭ используются, в основном, в качестве термального теплоносителя (ГеоТТ) и на геотермальных электростанциях (ГеоТЭС).

Французские специалисты оценивают геотермальную воду температурой более 30 °С как источник тепловой энергии. Большая часть ГеоТТ в мире используется в бальнеологии (60%) и отоплении (16%). Первое место в мире в этом занимает Япония (44% утилизированного в мире тепла). Бывший СССР находился на 4 месте (9%)

Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США, на их долю приходится 46% действующих мощностей до 7000...8000 МВт. В США все станции используют высокотемпературные термальные воды или сухой пар, добываемые на геотермальных месторождениях, связанных с районами молодого вулканизма или термоаномалиями.

На 2006 в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. мі/сутки. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкессия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край). По имеющимся данным, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн мІ с температурой воды 70—90 °C. На конец 2005 года установленная мощность по прямому использованию тепла составляет свыше 307 МВт.


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ
Мировой океан представляет собой огромный резервуар возобновляемых энергетических ресурсов (ВЭР). В настоящее время развитие океанской энергетики связано с использованием:

- энергии морских волн (приливные, ветровые, зыбь) и течений;

- градиентов температур и солености морской воды.

В соответствии с практическим интересом использование волновой энергии океана связано с созданием волновых ЭС (ВолЭС), приливных ЭС (ПЭС), электростанций морских течений (ЭСМТ).
По оценкам экспертов сейчас в мире насчитывается 5 мест наиболее благоприятных для строительства ПЭС:

- два смежных залива в Канаде (Фанди) и в США (Пас-самакуоди);

- Французское побережье вдоль Ла-Манша и устье реки Ране;

- устья (эстуарии) рек Англии, впадающих в Ирландское море;

- побережье Кимберли в Австралии;

- побережье Белого моря в России.

В случае полного освоения этих пяти зон и при 20% извлечения энергии приливов на ПЭС можно получить 30 тыс МВт, т. е. примерно мощность 10 современных крупных АЭС. Этого достаточно для местного энергоснабжения.
Первая в мире крупная ПЭС была введена в действие в 1967 г. в устье р. Ране (Франция). Она имела мощность 240 МВт и состояла из 24 капсульных агрегатов по 10 МВт. В год здесь вырабатывается 544 млн кВт-ч, удельные капительные вложения составили около 1000 долл. США/кВт, что в 2...2,5 раза выше стоимости ГЭС аналогичной мощности. Однако эксплуатационные расходы здесь в 2 раза ниже, чем на ГЭС, поэтому вырабатываемая на ПЭС энергия одна из самых дешевых во Франции.

В Канаде в 1983 г. введена в эксплуатацию ПЭС «Анаполис» мощностью 20 МВт, годовая выработка электроэнергии 54 млн кВт-ч, удельные капитальные вложения превышают 2000 долл. США.

В Китае в 1959 г. на побережье Южно-Китайского моря введена в эксплуатацию опытная ПЭС мощностью 40 кВт, доведенная до 200 кВт, там же в 1970 г. введена вторая станция (три агрегата по 55 кВт (165 кВт)). В 1981 г. на побережье Восточно-Китайского моря введена в действие ПЭС «Джангксия» с одним агрегатом мощностью 500 кВт, в 1986 г. мощность станции увеличена до 3,9 МВт. Предполагается построить ПЭС на 10 МВт.

В настоящее время в США, Канаде, Великобритании и Индии (всего в 13 странах) разрабатываются проекты крупных ПЭС, мощностью до сотен и тысяч мегаватт.

Однако ПЭС «Ране» во Франции до сих пор остается единственной крупной приливной электростанцией.

В нашей стране разработки в области приливной энергетики велись давно. В 50-х годах созданы теоретические основы приливной энергетики. В 1960 г. Гидропроектом подготовлен проект Кислогубской опытно-промышленной ПЭС (г. Мурманск) мощностью 1,2 МВт (три турбины по 400 кВт), годовая выработка электроэнергии 3,9 млн кВт-ч. Далее он был значительно переделан. Разрабатывались проекты и других крупных ПЭС для районов: Мезенский залив (Белое море) — мощность 15,2 МВт (41 млрд кВт-ч), Тургутской и Пенжинской створы (Охотское море) (8...31 МВт).

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
Под понятием вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) подразумевается энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных отходов, образующихся в технологических установках (агрегатах), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок.

По виду энергии ВЭР разделяются на три группы:

- топливные (горючие). Под горючими ВЭР Подразумеваются непосредственно сами горючие отходы, не пригодные для дальнейшей технологической переработки: доменный газ, отходящий газ сажевых печей, абсорбционный газ при производстве мономеров для синтетических каучуков и т. д.;

- тепловые — физическая теплота отходящих газов технологических установок, физическая теплота продукции и отходов основного производства, отработанной в технологическом процессе воды, пара, теплота конденсата. К тепловым ВЭР относятся также: низкопотенциальная теплота вентвыбросов, сбросных жидкостей и газов от теплотехнологических установок;

-избыточное давление — потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей или газов при выбросе в атмосферу.
Основой эффективности использования ВЭР является достигаемая при этом экономия первичного топлива и обеспечиваемая за этот счет экономия затрат по добыче и транспорту топлива.

Важнейшим условием для определения экономической эффективности использования ВЭР является определение вида и количества топлива, которое экономится при утилизации ВЭР. Величина экономии топлива зависит от направления использования ВЭР и схемы энергоснабжения предприятия, на котором они используются.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
Реальная возможность экономии традиционных топлив может быть достигнута в ближайшее время и на перспективу за счет утилизации отходов лесной, деревообрабатывающей, гидролизной, целлюлозно-бумажной промышленности, сельскохозяйственного производства (животноводства и птицеводства), осадков сточных вод, органических отходов ряда отраслей промышленности, в том числе пищевой, мясомолочной, а также твердых отходов коммунального хозяйства.

Общий запас древесины в стране — 85 млрд м3, в том числе запас спелых и перестойных насаждений — 54,4 млрд м3. Средний ежегодный прирост древесины в настоящее время оценивают в размере 800...900 млн м3, а ежегодный (общий) объем лесозаготовок составляет около 400 Млн м3. Санитарные рубки, рубки ухода дают около 40 млн м3 древесины, т. е. примерно 1/10 общего объема лесозаготовок. Удельный вес же их в перспективе может достигать 30...50%.

Около 60 млн м3 древесины, или 15 млн т у. т., используют в качестве топлива, что составляет примерно 1% в топливном балансе страны. Из 60...80 млн м3 ежегодных древесных отходов всего лишь 6...8% утилизируют, несмотря на то, что это самое высококачественное сырье для целлюлозно-бумажной промышленности.

В энергетических целях древесина может использоваться в Двух направлениях: непосредственное сжигание в топках и производство на ее основе твердого, жидкого и газообразного топлива. Для сжигания древесины разработаны и эксплуатируются на Братском лесоперерабатывающем и Котласском целлюлозно-бумажном комбинатах высокопроизводительные агрегаты (до 75 т/ч). В 1980 г. за счет сжигания только коры было замещено около 600 тыс т у. т.

Начато производство топливных брикетов из отходов деревообрабатывающей промышленности — опилок, стружки, древесной пыли, технологической щепы и разных видов малоценной древесины, не используемых до последнего времени в промышленности. Такое производство позволит превратить неиспользуемое сырье, вывозимое на свалку, в продукцию народнохозяйственного назначения.

ВЛИЯНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ.
По сравнению с другими видами энергетики солнечная энергетика в целом является одним из наиболее чистых в экологическом отношении видов энергии. Однако избежать полностью вредного воздействия солнечной энергетики на человека и окружающую среду практически не удается , если учесть всю технологическую цепочку от получения требующихся материалов до производства электроэнергии. Производство полупроводниковых материалов является весьма экологически и социально опасным. Наибольшую опасность представляет кадмий (Cd), а также Ga, As и Te. Таким образом для СФЭУ наиболее вредным для человека и окружающей среды является технологический процесс получения СЭ, их хранения и утилизации. Подобное производство, очевидно, должно быть полностью автоматизированным и размещаться на значительном удалении от населенных пунктов. Должны быть приняты и специальные меры защиты самого производства. Что же касается эксплуатации солнечной фотоэлектрической установки , то она практически безопасна.
Ветроэлектрические установки (ВЭУ)

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота. Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на климатические условия местности. Снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным. Описанное ранее снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения.

Также ВЭУ при работе создает шум и низкочастотные вибрации. В непосредственной близости от ветрогенератора уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ. (Что близко к болевому порогу человеческого слуха - 120 дБ). Ветрогенераторы причиняют вред птицам при непосредственном столкновении с лопастями ветряков и летучим мышам, живущим рядом с ВЭС.
Экологическую опасность геотермальной энергетики представляют термальные воды, в которых содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.
В целом вред, наносимый альтернативными источниками энергии окружающей среде гораздо ниже, чем традиционной теплоэнергетикой. Обзор различных альтернативных источников энергии показывает, что на пороге широкомасштабного промышленного внедрения находятся ветротурбины и солнечные батареи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Рост потребления энергии в современном мире привел к ускоренному загрязнению окружающей среды. Это послужило толчком к началу поиска альтернативных источников энергии. Человечество научилось использовать энергию солнца, ветра, земли, океанов, но, к сожалению, ни один из этих источников энергии не обладает свойством экологической «чистоты». Плюс к этому, все нетрадиционные источники энергии обладают географической специфичностью. Энергию приливов мы можем получать в основном на океанских побережьях, энергия ветра может быть использована только в регионах с повышенной ветровой нагрузкой, солнечную - только в тропической и субтропической зонах Земли. Кроме того, использование нетрадиционных источников энергии сдерживается невысоким КПД установок. На мой взгляд, прорыв в области нетрадиционных источников энергии возможен только при одновременном сочетании двух действующих факторов: сохранение высоких темпов мировой экономики и сохранение высоких цен на первичные источники энергии и как следствие исчерпание традиционных источников энергии.
ЛИТЕРАТУРА.
Сибикин Ю.Д. Сибикин М.Ю. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. М.: ИП РадиоСофт, 2008.

Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. СПб.: СЗТУ, 2003.

Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В. Солнечная энергетика. Москва, Издательский дом МЭИ, 2008.

Кашкаров А.П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции. М.: ДМК Пресс, 2011.

http://www.euroruss-business.com/ru/ecsparvochnik/japan/alternativnye-istochniki-energii.html

http://ru.wikipedia.org

http://aenergy.ru/64
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации