ИЭАУ

Использование альтернативных видов энергии

Дадашев М.А.

студентка группы Ф-21,

 ИЭАУ,

Никитина Г.А.

Использование альтернативных видов энергии

Энергетика является основой промышленного и сельскохозяйственного производства и обеспечивает комфортное существование человечества. В настоящее время для энергообеспечения сохраняется высокий уровень добычи угля, нефти и газа. Однако природные ресурсы ограничены, к тому же их использование приводит к сильному загрязнению окружающей среды . В связи с этим перспективным является использование альтернативных возобновляемых источников энергии: солнце, ветер, приливы и отливы, геотермальная энергия Земли. Замена или частичное замещение традиционных видов энергоснабжения альтернативными источниками приведёт к эквивалентному уменьшению потребления угля, нефти, газа и позволит снизить загрязнение окружающей природной среды.

За последнее время всё шире используется солнечная энергия. Она практически вечна, а её применение не вносит каких-либо загрязнений в природную среду. Мощность солнечного излучения, достигающего Земли, составляет 2*1017 Вт, что более, чем в 30 тысяч раз превышает сегодняшний уровень энергопотребления человечества[1].

При использовании солнечной энергии выделяются два направления: электроснабжение, т.е. создание солнечных электростанций, и теплоснабжение, горячее водоснабжение, опреснение. В первом случае солнечная энергия преобразуется в электричество, во втором - в тепло. Энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на проводниках концентрируются системой зеркал. Стоимость таких гелиоэлектростанций пока велика: для станций мощностью в 5- 10 МВт она в 10 раз превышает капитальные затраты ТЭС аналогичной мощности[2]. Крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях (СЭС) сопряжено также с трудностями использования источника энергии с низкой плотностью, Следовательно требуется большая площадь энергоприёмников ( примерно 50 км2 на 1 млрд кВт/ч), что на данном уровне развития техники практически  исключает возможность сооружения подобных крупных установок получения электроэнергии[3]. Солнечные электростанции являются весьма перспективными, так как они являются экологически чистыми, а стоимость производимой на них электроэнергии будет постепенно снижаться по мере совершенствования технологических процессов, оборудования и используемых материалов.

Второе направление использования солнечной энергии, связанное с теплоснабжением, в настоящее время является более распространённым в связи с тем, что может быть осуществлено сравнительно простыми техническими средствами. Солнечные водонагреватели используется для снабжения потребителей в южных климатических зонах, где при большей длительности солнечного излучения они могут быть весьма эффективными. Так в Тибетском автономном районе Китая построено уже более 50 тысяч установок, использующих солнечную энергию для отопления жилых помещений площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы геотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.

Перспективно также использование энергии ветра. Ветроэнергия является одним из наиболее древних электрических источников, широко применявшимся для работы мельниц, подъёма воды и т.д. Недостатки ветровой энергетики является её временная нестабильность: основные параметры ветра (скорость и направление) меняются часто очень быстро и непредсказуемо. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы её потребление могло быть возможно в любое время. В настоящее время существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую. В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы, США, Индии, Китае. Единичная мощность таких установок достигает 1 МВт, в Швеции работает ВЭУ мощностью 2 МВт. В США общая мощность таких установок достигает 1 МВт, в Швеции работает ВЭУ мощностью 2 МВт. В США общая мощность ВЭУ составляет 1654 МВт, в Европейском Союзе - 2534 МВт, из них 1000 МВт вырабатывается в Германии[4].

В России благоприятные условия для развития ветроэнергетики существуют в районах Крайнего Севера, Нижнего Поволжья, Азово-Черноморского региона, где постоянно дуют северо-восточные ветры. В настоящее время отечественной промышленностью выпускается небольшими экспериментальными сериями несколько типов ВЭУ ("Циклон" - 3,6,12,18), которые находят применение в электроснабжении изолированных и территориально удалённых объектов, эксплуатация которых допускает перерывы в подаче электроэнергии. Они применяются, например, пастбищном водоснабжении, орошении полей, аэрации воды[5].

Необходимо отметить, что перспективное развитие ветроэнергетики зависит от возможностей снижения стоимости и материалоёмкости двигателей, повышение их надёжности, а также внедрения эффективных и относительно дешёвых методов аккумуляции энергии.

В последние годы значительный интерес вызывает такой источник энергии, как энергия мирового океана.

В числе типов энергоустановок для преобразования и использования энергии океана рассматриваются приливные электростанции (ВолЭС) и электростанции морских течений. Во всех этих типах энергоустановок происходит преобразование механической энергии океана в электрическую. Отдельное направление составляют энергоустановки, использующие наличие температурного перепада между верхними и нижними слоями Мирового океана (ГигЭс).

Запасы энергии в мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны: акватория Тихого океана составляет 180 млн. кв. км, Атлантического - 93 млн. кв. км, Индийского - 75 млн. кв.км.Так, тепловая энергия, соответствующая перегреву поверхности вод океана по сравнению с донным, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика последнего времени казалась малоперспективной.

Более широкое применение находит энергия морских приливов и отливов. Принцип действия приливных электростанций (ПЭС) основан на том, что энергия падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На однобассейновой приливной электростанции двойного действия, работающей во время прилива и отлива, можно вырабатывать энергию четыре раза в сутки при наполнении и освобождении бассейна в течение 4 - 5 часов. Агрегаты такой электростанции должны быть приспособлены для работы в прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды[6].

Для использования энергии приливов и отливов обычно строят электростанции в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. Крупная приливная электростанция работает во Франции на берегу Ла-Манша, в устье реки Ганс мощностью 240 МВт. В России в 1968 году пущена в эксплуатацию небольшая электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислов. Работают ПЭС на берегу Белого и Охотского морей.

Выгодность применения ПЭС для целей электроснабжения увеличивается в зонах с повышенной высотой приливов. Эти зоны, как правило, находятся в малоосветленных районах, где отсутствуют местные виды энергоресурсов, а транспортировка топлива обходится дорого.

Достаточно широко используется также геотермальные источники энергии. Источники геотермальной энергии могут быть двух типов. Первый тип - это подземные бассейны естественных теплоносителей - горячей воды (гидротермальные источники), или пара (паротермальные источники), или пароводяной смеси. По существу, это непосредственно готовые к использованию «подземные котлы», откуда воду или пар можно добыть с помощью обычных буровых скважин. Второй тип - это тепло горячих горных пород. Закачивая в такие горизонты воду, можно также получить пар или перегретую воду для дальнейшего использования в энергетических целях.

Но в обоих вариантах использования главный недостаток заключается в слабой концентрации геотермальной энергии. Впрочем, в местах образования своеобразных геотермических аномалий, где горячие источники или породы подходят сравнительно близко к поверхности и где при погружении вглубь на каждые 100 м температура повышается на 30-40С, концентрации геотермальной энергии могут создавать условия и для хозяйственного её использования. В зависимости от температуры воды, пара или пароводяной смеси геотермальные источники подразделяются на низко- и среднетемпературные (с температурой до 130 - 150 С) и высокотемпературные (свыше 150). От температуры во многом зависит характер их использования. Технологические процессы получения тепловой энергии, получаемой в обычных котельных[7].

Геотермальная энергия имеет следующие преимущества: 

Во-первых, её запасы практически неисчерпаемы. По оценкам конца 70-х годов до глубины 10 км они составляют такую величину, которая в 3,5 тысячи раз превышает запасы традиционных видов минерального топлива.

Во-вторых, геотермальная энергия довольно широко распространена. Концентрация её связана в основном с поясами активной сейсмической и вулканической деятельности, которые занимают 1/10 площади Земли. В пределах этих поясов можно выделить отдельные наиболее перспективные «геотермальные районы», примерами которых могут служить Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, Исландия, Камчатка, Восточная Сибирь. Только в бывшем СССР к началу 90-х годов было открыто около 50 подземных бассейнов горячей воды и пара. На Камчатке работает геотермальная электростанция мощностью 5 МВт. Предполагается сооружать такие, но более мощные 100 и 200 МВт блоки. В краснодарском крае теплота подземных вод используется для теплоснабжения промышленных предприятий, населения, животноводческих комплексов, многочисленных теплиц.  Однако при использовании геотермальных энергоустановок необходимо устранять вредные последствия выхода на поверхность значительного объёма высокоминерализованной воды. При отсутствии возможности её обратной закачки в пласт возникает проблема засоления почвы. Кроме того, эксплуатация скважины влияет на уровень грунтовых вод в этом районе. Для практического использования систем геотермального теплоснабжения важным является решение вопроса предотвращения коррозии трубопроводных частей систем, постоянно находящихся в химически активной среде высокоминерализированных геотермальных вод.

В-третьих, использование геотермальной энергии не требует больших издержек, т.к. в данном случае речь идет о созданных самой природой источниках энергии. К началу 80-х годов в мире действовало около 20 таких станций общей мощностью 1,5 млн. кВт. Самая крупная из них - станция Гейзерс в США (500 тыс. кВт). Геотермальную энергию используют для выработки электроэнергии, обогрева жилья, теплиц и т.п.

В начале 21-го века, начинается новый значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая», построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит, заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.

На пути широкого внедрения альтернативных источников энергии стоят трудно разрешимые экономические и социальные проблемы. Прежде всего это высокая капиталоемкость, вызванная необходимостью создания новой техники и технологии. Во-вторых, высокая материалоемкость: создание мощных ПЭС требует, к примеру, огромных количеств металла, бетона и т.д. Под некоторые станции требуется значительное отчуждение земли или морской акватории. Кроме того, развитие использования альтернативных источников энергии сдерживается также нехваткой специалистов. Решение этих проблем требует комплексного подхода на национальном и международном уровне, что позволит ускорить их реализацию.

Список  литератур:

1. Маврищев В.В. Общая экология. Курс лекций / В.В. Маврищев - 2-е издание ипр. - Минск: Новое знание, 2007. - 299с.

2. Природопользование: Учебник. Под редакцией проф. Э.А. Арустамова. - 3-е издание, перераб. и доп. - М. : Издательский Дом "Дашков и Ко" , 2001. - 276с.

3. Экономика природопользования / Под редакцией Т.С. Хачатурова: Издательство МГУ, 1991. - 271с.