АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Цели и Задачи

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Цели и Задачи • Ознакомиться с современными ИЭ • Классифицировать альтернативные ИЭ • Ознакомиться с альтернативными ИЭ

Современные Источники Энергии

Гидроэлектростанция • Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

ГЭС достоинства недостатки • использование возобнов • затопление пахотных • • ляемой энергии; очень дешевая электроэнергия; работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу; • • земель; строительство ведется только там, где есть большие запасы энергии воды; горные реки опасны изза высокой сейсмичности р айонов;

Атомная электростанция • Атомная электростанция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерные реакторы и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками.

АЭС достоинства недостатки • Отсутствие вредных выбросов; • Небольшой объём • • используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки; Высокая мощность: 1000— 1600 МВт на энергоблок; Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой • Облучённое топливо опасно, • • • требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению; Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах; Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая; Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700— 800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

КЛАССИФИКАЦИЯ АИЭ • Не возобновляемые

Возобновляемые • Традиционные • Нетрадиционные (альтернативные)

Альтернативные источники энергии и возможности их использования в России

Энергия ветра (ветровая энергетика) Ветряная мельница • Первые ветряные мельницы появились в 16 веке, в Голландии. В то же время ветряные мельницы стали использовать на Руси, в основном для помола зерна. В России работало около 200 тыс. ветряных мельниц.

Энергия ветра • Ветродвигатель - это устройство, преобразующее энергию ветра в энергию вращательного движения.

Ветрогенераторы • Любой ветрогенератор состоит из турбины, которая вращается под действием ветра и генератор взаимодействует с турбиной. Это оборудование крепится на высокой подставке. Внизу располагаются аккумуляторы, служащие для гашения или предотвращения колебаний, между нестабильно отдающим ток генератором и стабильно потребляющим ток потребителем.

Достоинства • Экологичность производства электрической энергии • • • на ветрогенераторах всех типов–у ветрогенераторов отсутствуют выбросы продуктов сгорания топлива, которые есть при работе ТЭЦ, АЭС Ветрогенераторы в составе ветропарков имеют высокую степень автоматизации – не требуется большого количества дежурного персонала При использовании ветрогенераторов нет необходимости в большом отчуждении земли или сельскохозяйственных угодий Касательно России – страна обладает большими запасами ресурсов для развития ветроэнергетики

Недостатки • Потребность в строительстве дополнительных линий • • • электропередач для оборудования ветропарков Потребность в высотных автокранах для установки ветрогенераторов Шумовое и электромагнитное воздействие на природу и человека Ландшафтные проблемы – ветрогенераторы портят визуально ландшафт, имеет большие размеры. Непостоянная и нерегулируемая выработка электрической энергии на базе ветрогенераторов Необходимые технические средства регулирования частоты и мощности для ветрогенераторов

Малая гидроэнергетика • В России к малой гидроэнергетике относят бесплотинные гидроэлектростанции (ГЭС), мощность которых не превышает 30 МВт, а мощность единичного гидроагрегата составляет менее 10 МВт

Малая гидроэнергетика • Развитие малой гидроэнергетики в регионах 1. 2. 3. обеспечивает: Создание собственных региональных накапливающих мощностей и снижение дефицита электроэнергии в регионе; Надежное электроснабжение качественной электроэнергией населенных пунктов в удаленных районах и на концевых участках магистральных линий электропередачи; Достижение экономической и социальной стабильности в населенных пунктах, которые до настоящего времени не подключены к единой энергетической системе;

Малая гидроэнергетика • Малые гидроэлектростанции наносят экологии гораздо меньше вреда, чем большие ГЭС. В настоящее время действующие на территории России малые ГЭС обеспечивают около 2. 2 млрд. к. Вт·ч/год.

Солнечная энергия • Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности.

Солнечные батареи • Солнечная батарея — это твердотельные электрические устройства, предназначенные для преобразования солнечной энергии в электрическую. Каждая солнечная батарея состоит из солнечных ячеек (фотоэлементов). Сборки солнечных ячеек используются для выработки электричества из солнечной энергии.

Фотоэлемент • Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию.

• Фотон ( «свет» ) — элементарная • • • частица, квант электромагнитного излучения (света). Это безмассовая частица, способная существовать в вакууме только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ± 1. Спин (вращение) — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Момент импульса характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение. Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Физический механизм действия • Когда кванты света попадают на n-слой фотоэлемента, за счет фотоэффекта образуются свободные электроны. Поглощая энергию фотонов света, электроны получают дополнительную энергию. Если такую цепь замкнуть через внешнюю нагрузку (сопротивление), то через нее начнет течь ток.

Достоинства Недостатки (солнечной энергии) • Общедоступность и • Зависимость от погоды и • • неисчерпаемость источника. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что солнечная энергия может привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно). • • времени суток. Как следствие, необходимость накопления энергии. При промышленном производстве - необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности. Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур). Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли. Нагрев атмосферы над электростанцией.

Энергетические ресурсы биомассы • Биомасса — объединяет все органические вещества растительного и животного происхождения.

Первичная Вторичная (биомасса) • растения, животные, • отходы переработки микроорганизмы первичной биомассы, продукты жизнедеятельности человека и животных

Энергетические ресурсы биомассы энергия Навоза • Много проблем связано с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их загрязнению.

Переработка навоза • В Английском городе Пиделхинтоне разработана технология переработки навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы - для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно получить 40 КВт/ч.

Энергетические ресурсы морей и океанов • Электростанции преобразуют различные энергии: приливов, волн, течений в электроэнергию.

Виды энергий морей и океанов • Прилив и отлив — периодические вертикальные • колебания уровня океана или моря. Приливная электростанция (ПЭС)- вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.

Приливная ЭС • Для постройки приливной электростанции является узкий морской залив, который отсекается плотиной от океана. В отверстиях плотины размещаются гидротурбины с генераторами. Генератор и турбина заключены в обтекаемую капсулу, которая очень удобна в использовании. Главным достоинством таких капсульных агрегатов является их универсальность. Они способны не только вырабатывать электрическую энергию при движении через них морской воды, но и выполнять функции насосов. При этом производство электроэнергии происходит как в период прилива, так и в период отлива.

Моря России • Россия омывается 13 морями. Общая площадь морской акватории России, составляет 7 млн. км 2. Пo качеству морская вода характеризуется от "очень чистой" до "чрезвычайно грязной".

Энергетические ресурсы Водорода • Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направленная для выработки и потребления энергии человечеством, основанная на использовании водорода.

Главные потребители водорода • Главными потребителями водорода в России являются предприятия химической промышленности, которые производят аммиак, соляную кислоту, метанол и т. д. Предприятия машиностроительной и металлургической отрасли, предприятия энергетического комплекса, предприятия стекольной промышленности и другие.

Стационарные заправочные станции • Предназначены для продажи топлива, которое зачастую производится на самой станции. Могут в качестве поставщиков топлива использовать химические производства, побочным или основным продуктом которых является водород. Нередко они располагаются на территории подобных производств, так как хранение и транспортировка водорода - также одна из проблем водородной промышленности.

Мобильные заправочные станции • Позволяют заправить машину в местах, где отсутствует необходимая инфраструктура. Например, при демонстрации техники на различных выставках.

Домашние заправочные станции • Это отличное решение для стран, где водородная инфраструктура отсутствует или слабо развита. Эти станции позволяют аккумулировать 200 -1000 кг водорода в год. Один из путей получения топлива в домашних условиях - ночной электролиз воды. Пионеры в области разработки водородных заправочных станций Honda создали установку энергетической станции, которая способна снабжать весь дом необходимой электрической и тепловой энергией с помощью производства водорода из природного газа, а остатки водорода - для заправки автомобиля.

Получение водорода • В промышленности водород получают обработкой раскаленного угля водяным паром в специальных аппаратах - газогенераторах. В результате взаимодействия водяного пара с углеродом образуется так называемый водяной газ, состоящий из водорода и монооксида углерода: С + Н 2 О = СО + Н 2

Предпосылки к использованию • Ограниченность минеральных ресурсов • Ухудшение экологической ситуации • Рост рынка топливных элементов • Рост рынка соляной кислоты, аммиака и т. д.

Недостатки • В горючей форме водород при комнатной температуре и • • • нормальном давлении представляет собой газ. Это вызывает трудности при его хранении, переноске и перевозке. Особенно сложная проблема — это конструирование безопасных баллонов или других резервуаров для автомобилей на водородном топливе. Водород не распространен широко на заправочных станциях в большинстве стран, включая США. Баллоны с водородом требуют периодической проверки и сертификации. Это может выполняться только квалифицированным персоналом, имеющим лицензию. Водород считается достаточно дорогим топливом, в основном из -за высокой стоимости процессов, необходимых для выделения его природных соединений — метана и воды.

• Развитие альтернативной энергетики в мире Странами-лидерами в развитии производства энергии из нетрадиционных источников являются Исландия (около 25% приходится на долю ВИЭ, в основном используется энергия геотермальных источников) , Дания (20, 6%, основной источник – энергия ветра) , Португалия (18%, основные источники – энергия волн, солнца и ветра) , Испания (17, 7%, основной источник – солнечная энергия) и Новая Зеландия (15, 1%, в основном используется энергия геотермальных источников и ветра).

Заключение • Несмотря на внешнюю привлекательность • альтернативных источников энергии, иногда называемых "малой энергетикой", у них есть ряд недостатков. Прежде всего с их помощью пока, на современном уровне развития техники и экономики, невозможно получить так же много электроэнергии, как с помощью тепловой энергетики, гидроэнергетики или атомной энергетики. Но, возможно, этот недостаток преодолим в ближайшие десятилетия. А главный их недостаток на сегодня - это дороговизна, в большой потребности количества материалов и в очень обширной территории, которая тоже не везде может быть найдена. Строят солнечные станции на крышах домов и в космосе, на орбитальных станциях. При этом используют самые современные солнечные батареи. Но, к сожалению, заменить собой традиционные виды получения электроэнергии в нужном количестве они пока не могут.