Реферат: Альтернативные источники энергии
Оглавление
Введение
1. Альтернативные источники энергии
2. Солнечная энергия
3. Ветровая энергия
4. Биотопливо
Список использованной литературы
Введение
Ученые предупреждают о возможном исчерпании известных идоступных для использования запасов нефти и газа, об истощении других важнейшихресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д. За40 лет после второй мировой войны было использовано столько минерального сырья,сколько за всю предыдущую историю человечества. Конечно, о полном (илиабсолютном) исчерпании ресурсов говорить еще рано (по мере расширения поисковыхработ достоверные запасы отдельных ресурсов даже возросли), но это слабое утешение.
Сегодня энергетика мира базируется на невозобновляемыхисточниках энергии. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ иуголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшегосоотношения энергоносителей и, прежде всего с тем, чтобы попытаться уменьшитьдолю жидкого топлива. Но можно сказать, что человечество уже сегодня вступило впереходный период — от энергетики, базирующейся на органических природныхресурсах, которые ограничены к энергетике на практически неисчерпаемой основе.
Большие надежды в мире возлагаются на так называемыеальтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в ихвозобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии.
Истощение ресурсов заставляет вырабатывать ресурсосберегающуюполитику, широко использовать вторичное сырье. Во многих странах прилагаютсяогромные усилия для экономии энергии и сырья. Сегодня уже около 1/3 всей массыиспользуемых в мире металлов — алюминия, меди, цинка, свинца и олова — добывается из отходов и вторичного сырья. В ряде стран приняты государственныепрограммы экономии энергии.
Энергетическая и сырьевая проблемы становятся все болееострыми в России, хотя ее доля в мировой добыче нефти, газа, в производствеметаллов, минеральных удобрений значительна. Это объясняется, в частности, тем,что наша страна в расчете на единицу национального дохода расходует слишкоммного топлива, электроэнергии, металла. Металла, например, расходуется в 2,4раза больше, чем в США. На выплавку 1т. меди расходуется в 3 раза большеэнергии, чем в ФРГ. А из вторичных ресурсов производится примерно 1/3 черных ицветных металлов. Тогда как в ФРГ соответствующая доля равна 60%.
Для решения этих проблем требуются усилия всех стран. [1]
1. Альтернативные источники энергии
Все большую популярность в мире приобретают альтернативныеисточники энергии. Их преимущество заключается в возобновимости энергетическихресурсов. К таким источникам можно отнести:
энергию солнца,
энергию ветра,
энергию приливов,
глубинное тепло Земли,
топливо из биомассы.
Уже построены гелиостанции в США (Калифорнии). Они имеютэкономические показатели, не уступающие станциям других типов. В ряде странсозданы геотермальные станции — в США (станция Гейзерс в США имеет мощность 1млн. кВт), России, на Филиппинах и в Италии; приливные — во Франции, Канаде,России и КНР; ветровые — в США и Дании. [2]
Созданием топлива из биомасс активно занимаются практическиво всем мире и даже есть страны, которые уже перешли на этот вид топлива вопределенной мере (в Финляндии потребности в горючем уже на 20% удовлетворяютсяза счет биотоплива, а лидирует в ЕС по использованию биомассы в качествеисточника энергии Германия). Конечно, надо понимать, что на то, чтобы полностьюзаменить ту же нефть (применение) биотопливом должен пройти определенный срок. Апока необходимо проводить дальнейшие исследования в этой области. Но уже сейчасможно увидеть основные преимущества биодизельного топлива:
в выхлопе гораздо меньше токсичных отходов, сажи (на 50%) ивыбросов СО и СО2;
оно дешевле нефтепродуктов;
может использоваться как в чистом виде, так и в смеси спривычным топливом;
в смеси пригодно для любого дизельного двигателя практическибез переделки;
само по себе значительно безопаснее для окружающей среды,чем обычное топливо (менее токсично, чем обычная поваренная соль);
легко разлагается микроорганизмами (на 90% за 3 недели);
продлевает жизнь двигателя (не образуется нагар в цилиндрах);
не имеет неприятного запаха. [3]
Кроме того, к альтернативным источникам энергии многие людитакже относят и атомную энергетику. Атомная энергетика (как и биотопливо) являетсянаиболее передовым видом энергии. Например, Западная Европа лидирует по его развитию.
Известно, что работа АЭС почти не вредит природе — ихвыбросы нулевые (в противовес ТЭС отравляют атмосферу миллионами тонн ядовитыхвыбросов). Но с этим видом энергии еще неизвестно пока.
Дело в том, что вероятны возможности аварий и до сих пор нерешена проблема захоронения отходов атомных электростанций. [4]
Отныне наше будущее в наших руках и от нас зависит, сможемли мы изменить сложившуюся ситуацию в лучшую сторону.
2. Солнечная энергия
Часто говорят, что новое — хорошо забытое старое. Как нистранно, к солнечной тепловой энергии эти слова тоже относятся. Раскопкиархеологов показали, что в стенах бань и некоторых других построек ДревнегоРима были проложены каналы, по которым проходил теплый воздух от нагреваемой солнечнымизлучением части зданий и создавал комфортную температуру во всех помещениях. [5]
Хотя многие из нас этого и не подозревают, способ полученияэлектроэнергии из солнечного света известен более ста лет. Явлениефотоэлектричества впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Проводя сериюэкспериментов по электричеству, он погрузил 2 металлических электрода впроводящий раствор и подвергал установку воздействию солнечного света. Междуэлектродами возникло небольшое электрическое напряжение. Появление в начале50-х годов солнечных элементов, разработанных в лаборатории Белла, произвелореволюцию в электронной промышленности. Космическая индустрия была бы без нихпрактически беспомощна. Легкие солнечные генераторы энергии позволилисовершенно по-иному подойти к проблеме создания искусственных спутников Земли. Крометого, солнечная энергия может использоваться в солнечных домах. [6]
Солнечные установки могут быть предназначены для отопления игорячего водоснабжения жилых домов. Солнечные энергетические установки способнысэкономить дорогостоящее минеральное топливо, благодаря разумному использованиюэнергии солнечного излучения.
Представление о солнечном доме (доме, в которомтеплохладоснабжение и горячее водоснабжение, осуществляемое при помощисолнечной энергии) стало широко известно. Наверное, самым идеальным примеромтакого дома является традиционный японский дом. Что летом, что зимой там всегдавполне приемлемая температура для проживания. Но настоящих солнечных домов, гдеполностью отработана система отопления и охлаждения, еще сравнительно немного,и сделать их экономически оправданными совсем
не просто. Однако очевиден тот факт, что природных запасовнефти и угля на земном шаре не хватит на длительный срок и дальнейшаятехническая программа неразрывно связана с необходимостью экономии энергии. [7]
В конце 80-х годов наиболее распространенными предметамиличного обихода, в которых использовалась солнечная энергия, были «солнечныекухни». Даже существовали специальные портативные солнечные кухни, которыеможно было брать с собой в морское путешествие или в экскурсию в горы (производилиФранция, Швейцария). В это же время в Японии были созданы электрические панели,солнечные фотоаппараты, радиоприемники, портативные солнечные батареи, «солнечныесветильники.
В префектуре Агава, в городе Нои появилась солнечнаятепловая электростанция, производящая электроэнергию.
Известно, что еще в 1979г. легкий одноместный самолет,оснащенный солнечными батареями, который назывался „Солар Челленджер“и был изготовлен в США, благополучно пересек морской пролив между Францией иАнглией, Кроме того, на электрическом автомобиле с солнечными батареями былсовершен автопробег через весь материк Австралии. [8]
3. Ветровая энергия
…он слишком непостоянен и не поддается контролю
К. Маркс (о ветре)
Впервые энергия ветра была использована, по-видимому, дляпередвижения парусных судов, а позднее — для подъема воды и размола зерна. Считается,что в Китае, Японии и Тибете первые ветряные двигатели были построены более 2тысяч лет назад. Древние вавилоняне использовали их для осушения болот. ВЕгипте и на Ближнем Востоке строили ветряные водоподъемники и мельницы. [9]
Но толком ветряной энергией стали заниматься гораздо позже. ВРоссии этот вид энергии стал объектом для исследований только после революции. Всвязи с началом электрификации сельского хозяйства была организована работа посозданию ветроэлектрических станций (ВЭС). Уже в 1930г. была спроектирована, ав 1931г. сооружена в Крыму первая в мире ВЭС Д30 мощностью 100кВт. Станцияпроработала до 1942г. и давала энергию в электрическую сеть Севастопольэнерго. Ав 1956г. было произведено более 9 тысяч ветродвигателей.
За рубежом наиболее широкое применение ветроустановки нашлив Австралии, Новой Зеландии, Латинской Америке, Греции и др. [10]
Ветер — 1 из наиболее мощных энергетических источников,который при благоприятных условиях может быть широко использован в народномхозяйстве. Он возникает вследствие постоянной циркуляции перемещения воздушныхмасс в атмосфере, вызванной неравномерным нагревом солнцем земной поверхности.
Ветер — даровой энергетический источник. Поэтому у некоторыхеще бытует мнение, что и энергия, полученная с помощью ветродвигателей тожепрактически „дешевая“. Особенность ветра как энергетическогоисточника заключается в его непостоянстве, большой изменчивости скорости, аотсюда и энергии (в силу ряда метеорологических факторов (возмущение атмосферы,изменение солнечной активности и количество тепловой энергии, поступающей наземлю), а также из-за влияния рельефных условий в данной местности скорость и направлениеветра изменяются по случайному закону). [11]
Несмотря на несколько большие капитальные вложения ветроустановкиэкономичнее тепловых установок вследствие низкой эксплуатации расходов (затратына них меньше в 6 раз). Отсюда затраты окупаются за 1-1,5 года. Кроме того,срок службы ветроагрегатов (относительно тихоходных машин) значительно больше,чем у тепловых двигателей. Поэтому удельные затраты метала на единицу выработкиза весь срок службы, а также амортизационные отчисления у них меньше.
Развитие ветроэнергетики путем строительства ВЭС зависит оттого, как быстро удастся снизить стоимость и металлоемкость двигателей,повысить их надежность. Для этого применяются железобетонные опоры, неметаллическиелопасти, легированная сталь и легкие сплавы. Чтобы ВЭС стали выгоднееконкурирующих установок капиталовложения в их строительство нужно снизить на25-30%.
Большое государственное значение имеет экономия минеральноготоплива и охрана окружающей среды от загрязнений.
В числе причин, обусловивших стремление к расширениюиспользования энергии ветра:
быстрый рост потребности в энергии при ограниченных запасахжидкого и твердо топлива и потенциальных гидроэнергетических ресурсов;
резкое повышение цен на минеральное топливо;
большие капиталовложения при сооружении тепловых игидравлических электростанций (возрастают с учетом затрат на передачу энергии,которые весьма значительны потому, что приходиться обеспечивать энергией всеболее удаленные от линий передач, рассредоточенные и менее мощные потребителей);
расширение возможностей использования угля, нефти и газа (вхимической промышленности для получения синтетических материалов);
значительные достижения в области аэродинамики и механики,самолетостроения и химии, электротехники и др. позволяют создать болеесовершенные и экономичные ветроагрегаты.
Наиболее широко ветроустановки могут применяться в сельскомхозяйстве для зарядки аккумуляторных батарей, опреснения минерализованных вод,откачки воды для питьевых нужд, аэрации водоемов.
Кроме того, электрические ветроустановки малой мощности,наряду с зарядкой аккумуляторов, могут питать энергией маяки и бакены, защищатьот коррозии газа — и нефтепроводы. Автономные ВЭС, работающие изолированно,могут использоваться ограниченно и только для питания энергией водоподъемных имелиоративных установок.
Установки предохраняют от замерзания в зимнее времяповерхность водоемов, используемых для скота. Также существуют районы, где вхозяйствах ветроустановки экономичнее использовать (пустыни, полупустыни,засушливые зоны). [12]
4. Биотопливо
Этот вид энергии имеет большие преимущества перед другимивидами, поскольку он относительно дешевый и практически безвреден дляокружающей среды. Естественно, что это не могло остаться незамеченным и многиестраны уже активно занимаются исследованиями в этой области:
Кипр.
В связи с непрерывным ростом цен на нефть, на Кипре всеактивнее обсуждалась возможность использования в качестве альтернативы нефтибиодизельное или другие разновидности топлива, получаемые из биомассы. Уже кконцу 2005г. был подготовлен план поставок такого топлива и частичный переводна него автомобилей с дизельным двигателем. Его станут получать из кукурузы,сои, хлопка, жмыха, остающегося после отжима масла из оливок. Кроме того, встране разрабатывается программа, направленная на внедрение электромобилей и»гибридов". Одной из мер должно стать предоставление значительныхсубсидий (1700 евро->2000$) всем гражданам, желающим приобрести такойавтомобиль. [13]
Япония.
В Токийском технологическом институте недавно запатентованметод преобразования растительного масла в биодизельное топливо сиспользованием катализаторов, в десятки раз гораздо более дешевых, чемприменяемые ныне. Любое растительное масло может служить автомобильнымтопливом, но для этого входящие в его состав жирные кислоты надо превратить вэфиры. До сих пор необходимые для этого катализаторы оставались очень дорогими.
Японские ученые получили пригодный для много кратногоиспользования катализатор — твердую кислоту из обычного сахара. Теперь, помнению авторов открытия, наладив промышленный выпуск катализатора, можно будетприступать к массовому производству дизельного топлива из возобновляемого сырья.
США.
На конкурсе экологически чистых транспортных средств «Солнечныйтур», прошедший летом 2005г. В штате Нью-Джерси, среди машин наальтернативном топливе победил автомобиль «Вегетарианец», работающийна отходах школьной столовой. Этот автомобиль создали студенты Центральнойшколы из городка Трентон (штат Нью-Джерси). Точнее они переоборудовалистаренький «Фольксваген Гольф» 1985г. Выпуска, приспособив егодвигатель к работе на биодизельном топливе собственного рецепта и изготовления.Как выяснилось, технология производства биотоплива, разработанная студентами,безопасна для окружающей среды и безотходна. Даже для перемешиванияиспользованного кукурузного масла из студенческой столовой со щелочью,метанолом и этанолом они приспособили смеситель из солнечной энергии. А извыделенного в процессе производства топлива глицерина получали мыло, котороенашло применение тут же, в студенческом гараже. Как уверяют разработчики, насоздание альтернативного авто они затратили меньше 1000 $, включая покупкустарого «Гольфа». «Аппетит» же у «Вегетарианца» скромный- около 5,5л. на 100км., что помимо вполне безобидного выхлопа позволяетрассчитывать и на быструю окупаемость затрат.
Все больше американцев предпочитают следовать примеру этихстудентов. Небольшие компании уже продают примерно за 800 $ конверсионныекомплекты, позволяющие автомобили с дизельным двигателем заправлять обычнымрастительным маслом. Многие американцы договариваются с расположеннымипоблизости кафе или ресторанами и забирают у них использованное масло. Вомногих ресторанах использованное масло охотно отдают бесплатно, считая этот«симбиоз» весьма выгодным (иначе пришлось бы платить примерно 50 $ вмесяц на утилизацию). Правда необходимо лишь изредка заправляться стандартнымдизтопливом (оно нужно для запуска холодного двигателя и первых несколькихкилометров пробега).
С 2005г. В стране стремительно формируется рынокальтернативного автомобильного топлива, и в США уже появились компании, которыеоптом скупают в ресторанах отработанное масло и продают его автомобилистам, поцене 20-25 центов за литр, что, впрочем, в два с лишним раза дешевле обычноготоплива. [14]
Россия.
В Белгородской области весной 2005г. прошли первые испытаниятепловоза с дизельным двигателем, адаптированным и работающем на рапсовом масле.Уже в 2006г., все тепловозы, приписанные к местной железной дороге, рассчитываютперевести на топливо из рапса. [15]
Большие надежды за рубежом возлагают на получение энергии избиомассы, содержащей различные сахара, путем ее сбраживания с получением спирта(этанола). В Бразилии разработана национальная программа использования этанола,полученного из сахарного тростника, для замены почти четверти потребляемого встране бензина. Уже сегодня около 10% продаваемого там бензина содержит 10% -нуюдобавку этанола, что заметно снижает содержание вредных веществ в выхлопныхгазах.
Масштабная программа замены бензина этанолом, получаемым припереработке излишков кукурузы и других зерновых культур, осуществляется и в США.На долю так называемого газохола (смеси бензина с этанолом) уже приходится около10% топливного рынка страны. Причем, как заключили американские эксперты, еслиспирта в бензин добавлять не больше 8%, то нет нужды даже в перенастройкекарбюраторов или инжекторов.
Использование спирта в качестве топлива на транспорте получилоширокое распространение во Франции и Швеции. [16]
Список использованной литературы
1. Байерс Т.20 конструкций с солнечными элементами: учебник. — М.: Мир, 1988.- 197С.
2. Пустовалова Л.М. Общая химия: учебник/ Л.М. Пустовалова, И.Е. Никанорова.- Ростов-на-Дону, Феникс, 2005. — 478С.
3. Сюнроку Танака Жилые дома с автономным теплохладоснабжением: учебноепособие / Танака Сюнроку, Суда Рейдзи. — М.: Стройиздат, 1989. — 225С.
4. Шефтер И.Я. Использование энергии ветра: учебное пособие. — М.: Энергия,1975. — 247С.
5. Поедем на биотопливе // Экология и жизнь. — 2006. — 5 (54). — С.63
6. Хлопоты вокруг выхлопов // Экология и жизнь. — 2006. — 2 (51). — С.49-50.