Альтернативные источники энергии:использование в настоящее время и перспективы применения в будущем

Городские детско-юношеские Гагаринские чтения

Секция: «Аэрокосмическая биология и медицина. Экология, авиация и космонавтика»

Доклад

Выполнен

Аванесовой Кристиной Витальевной

1994 года рождения

МОУ СОШ №73 г. Краснодара

9 «в» класс

Руководитель:

Третьякова Марина Ивановна, учитель географии

Тел/факс (861) 232-88-17

Краснодар 2010

Содержание

                                                                                    С.

Введение                                                                                        3

1. Альтернативные источники  выработки электроэнергии

в России и мире.                                                                                5

1.1. Ветер – источник получения электроэнергии.                                7

1.2. Геотермальная электроэнергетика                                                9

1.3. Энергия приливов и отливов.                                                        11

1.4. Энергия солнца                                                                        12

2. Альтернативные источники энергии на Кубани.                                13

Заключение                                                                                16

Список используемых источников и литературы                                17

Приложение №1                                                                                18

Введение

Электроэнергетика — базовая отрасль всего современного хозяйства. Без ее продукции — электрической энергии — немыслимо существование ни производящих секторов экономики — промышленности и сельского хозяйства, ни третичной сферы — сектора услуг. Электроэнергетика одинаково востребована на разных уровнях — ее продукция значима как для крупного промышленного предприятия, так и для кустарной мастерской и для жилища человека. Продукцию этой отрасли в равной степени потребляют и город и село.

По оценке на 2003 г. в мире вырабатывается 15,8 трлн кВт • ч электроэнергии в год. Мировыми лидерами в генерировании электричества являются США (3,9 трлн кВт•ч), Китай (2,2), Япония (1,0 трлн кВт •ч). Именно благодаря высокой энерговооруженности этим странам присуща разнообразная по структуре и колоссальная по масштабам экономика.

Электроэнергетика как отрасль хозяйства объединяет процессы гене рирования, передачи, трансформации и потребления электроэнергии. Одна из главных специфических особенностей электроэнергетики состоит в том, что ее продукция, в отличие от продукции остальных отраслей промышленности, не может накапливаться для последующего использования: производство электроэнергии в каждый момент времени должно соответствовать размерам потребления (с учетом потерь в сетях). Вторая особенность — универсальность электрической энергии: она обладает одинаковыми свойствами независимо от того, каким образом была произведена — на тепловых, гидравлических, атомных или каких-либо иных электростанциях, и может быть использована любым потребителем.

Продукты сгорания топлива на тепловых электростанциях, затопление огромных территорий гидроэлектростанциями и постоянная опасность в районах АЭС. Все ныне используемые источники

энергии являются исчерпаемыми ресурсами. То есть через столетие при таких темпах потребления угля, нефти и газа население Земли увязнет в

энергетическом кризисе.

Потому ныне перед всеми учеными мира стоит проблема нахождения и разработки новых альтернативных источников энергии. . Актуальность
Вопросы экологии все сильнее влияют на нашу жизнь. Как известно здоровье человека на 30% зависит от экологии, это больше, чем от уровня развития медицины. Современные наиболее используемые источники электроэнергии это гидро- тепло- и атомные электростанции. Но они не экологичны. Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может стать той путеводной звездой, которая выведет Россию из продолжительного социально-экономического кризиса на путь устойчивого развития.

 Цель: раскрыть выгодность использования альтернативных источников энергии, способствовать популяризации альтернативных источников энергии.

Актуальность темы: современные наиболее используемые источники электроэнергии это гидро- тепло- и атомные электростанции, но они не экологичны. Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может стать той путеводной звездой, которая решить проблему экологии и исчерпаемости топливных ресурсов.

1. Альтернативные источники  выработки электроэнергии

в России и мире.

Альтернативная электроэнергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района.

Основными причинами, указывающие на важность скорейшего перехода к альтернативным источникам энергии, являются:

Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных технологий получения электроэнергии (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.

Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;

Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут;

Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды.

Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии. По прогнозу Мирового энергетического конгресса в 2020 году на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5,8 % общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) планируется довести долю АПЭ до 20% (20% энергобаланса США - это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70% жилищного фонда.

Впереди всех по использованию альтернативных источников электроэнергии пока Германия. Согласно отчету местного Федерального союза энергетики и водного хозяйства (BDEW) в 2008 году эта цифра перешагнула 12 процентный рубеж.

1.1. Ветер – источник получения электроэнергии.

Энергия ветра использовалась сотни лет для плавания судов и работы ветря ных мельниц. Современные ветровые турбины предназначены для производства электричества.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2009 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 157 гВт, увеличившись вшестеро с 2000 года.

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается

свыше 50000 миллиардов кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год,то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России. Развитию ветроэнергетики в России способствует: наличие ветровых ресурсов, создание технической базы, создание экономических условий для развития. Одна из самых больших ветроэлектростанций России (5,1 МВт) расположена в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Её среднегодовая выработка составляет около 6 млн кВт·ч.

У энергии ветра есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют ее использование, но отнюдь не умаляют ее главного преимущества - экологической чистоты. Она сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД. Ветер очень непредсказуем - часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Ветроэнергостанции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но, как мы увидим дальше эти недостатки можно уменьшить, а то и вовсе свести на нет. Современные ветрогенераторы работают при скоростях ветра от 3—4 м/с до 25 м/с.

Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Были попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, то есть с вертикальным расположением оси вращения. Считается, что они имеют преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы ветрогенератора. Главная проблема таких генераторов — механизм торможения. В силу этой и некоторых других технических проблем ортогональные ветроагрегаты не получили практического распространения в ветроэнергетике.

Разработаны и действуют так называемые циклонные электростанции мощностью до ста тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим воздушным потоком, создает искусственный “циклон”, который вращает турбину. Такие установки намного эффективнее и солнечных батарей и обычных ветряков.

Чтобы компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные “ветряные фермы”. Ветряки при этом стоят рядами на обширном пространстве, потому что их нельзя ставить слишком тесно - иначе они будут загораживать друг друга. Такие “фермы” есть в США, во Франции, в Англии, но они занимают много места; в Дании “ветряную ферму” разместили на прибрежном мелководье Северного моря, где она никому не мешает, и ветер устойчивее, чем на суше.

1.2. Геотермальная электроэнергетика

Геотермальная электроэнергия вырабатывается  с помощью тепла недр Земли. Проще всего использовать геотермальную энергию горячих источников и гейзеров. Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5 тысяч МВт, на начало 2000-х — около 6 тысяч МВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10500 МВт. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции (ГеоТЭС) суммарной мощностью 5136 мВт, строятся 117 ГеоТЭС мощностью 2017 мВт.

Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных возобновимых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.

Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США (более 40% действующих мощностей в мире). Там работает 8 крупных солнечных ЭС модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. геотермальных электростанций в США составляли почти 3000 МВт. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт. Все российские геотермальные электростанции расположены на Камчатке и Курилах, суммарный электропотенциал пароводных терм одной Камчатки оценивается в 1 ГВт рабочей электрической мощности. Российский потенциал реализован только в размере не многим более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки (2009):

Мутновское месторождение:

– Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт·(2007) и выработкой 52,9 млн кВт·ч/год (2007) ,

– Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 50 МВт·э(2007) и выработкой 360,7 млн кВт·ч/год (2007)

Паужетское месторождение возле вулканов Кошелева и Камбального — Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·

Месторождение на острове Итуруп (Курилы):

– Океанская ГеоТЭС установленой мощностью 2,5 МВт·

Кунаширское месторождение (Курилы):

– Менделеевская ГеоТЭС мощностью 3,6 МВт.

В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт.

1.3. Энергия приливов и отливов.

Для производства электричества научились использовать и энергию приливов, хотя с этим связаны многие технические проблемы. Иногда воды приливов можно задержать с помощью плотины и заставить их вращать турбины. Устройство, называемое «нырок», преобразует движение волн в энергию.

Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов кВт в год. Проекты приливных гидроэлектростанций детально разработаны в инженерном отношении, экспериментально опробованы в нескольких странах, в том числе и на Кольском полуострове. Продумана даже стратегия оптимальной эксплуатации приливной электростанции (ПЭС): накапливать воду в водохранилище за плотиной во время приливов и расходовать ее на производство электроэнергии, когда наступает “пик потребления” в единых энергосистемах, ослабляя тем самым нагрузку на другие электростанции.

Для сооружения ПЭС даже в наиболее благоприятных для этого точках морского побережья, где перепад уровней воды колеблется от 1-2 до 10-16 метров, потребуются десятилетия, или даже столетия.  И все же процент за процентом в мировой энергобаланс ПЭС могут и должны начать давать уже на протяжении этого столетия.

Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8.4 м. Открывая станцию, президент Франции Шарль де Голль назвал ее выдающимся сооружением века. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2.5 раза превосходит расходы на возведение речной ГЭС такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной ГЭС оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ранс входит в энергосистему Франции и  в настоящее время эффективно используется.

В России построена ПЭС на Кольском полуострове, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется использовать также огромный энергетический потенциал Охотского моря, где местами, например в Пенжинской губе, высота приливов достигает 12.9 м.

1.4. Энергия солнца

Солнечное тепло также можно преобразовывать в энергию. Устанавливаемые на крыше солнечные коллекторы могут обеспечить достаточное количест во энергии для бесперебойной подачи го рячей воды и обогрева здания. Кремние вые топливные элементы вырабатывают энергию на космических кораблях. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей (СФАП) достиг в мире 300 мВт в год, из них 40% приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии - 8 млн. м2. Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли, в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.

Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин:  паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны; двигатель Стирлинга и т.д.

Гелиотермальная энергетика – нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).

Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).

Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

2. Альтернативные источники энергии на Кубани.

Наряду с традиционными видами получения электроэнергии в крае активно развивается и использование альтернативных источников. Наиболее перспективными для получения электроэнергии на Кубани являются геотермальные источники. Сейчас в крае эксплуатируется 50 геотермальных скважин, из которых добывается до 10 млн кубических метров воды с температурой 75–100° С, что позволяет замещать до 45 тысяч тонн условного топлива. Работает более 50 гелиоустановок горячего водоснабжения с общей площадью солнечных коллекторов более 6400 кв. м.

Направление альтернативной энергетики в крае считают очень перспективным, и поэтому его развитие стараются поддерживать. Подписан ряд соглашений о взаимном сотрудничестве в области развития возобновляемых источников энергии на территории Краснодарского края с Глобальным экологическим фондом мирового банка, Немецким геотермальным обществом, Российским геотермальным энергетическим обществом. В крае построена самая большая на юге России солнечная котельная Центральной районной больницы в Анапе с использованием тепловой энергии, вырабатываемой солнечными коллекторами общей площадью 400 кв. м. Сооружена крупная солнечная котельная в поселке Лазаревском Краснодарского края на предприятии МУП «Тепловые сети» города Сочи общей площадью 250 кв. м. Начато строительство демонстрационного проекта в поселке Розовом Лабинского района. Здесь собираются отработать модели по организации предприятия, жизнедеятельность которого будет построена на комплексном использовании геотермальных ресурсов: для теплоснабжения ЖКХ, тепличных хозяйств, бальнеологии, рыборазвода и других потребностей населения. Также подготовлены бизнес-планы геотермального энергоснабжения Усть-Лабинска, Апшеронска, Горячего Ключа, Анапы и поселка Мостовского.

Кроме того, в Краснодарском крае впервые в России сформирован региональный пакет инвестиционных геотермальных проектов. Это позволит определить приоритетность, сроки и объемы работ по обеспечению геотермальным теплом и электроэнергией районы края. С 2007 года по инициативе администрации Краснодарского края и города Краснодара начаты работы по реализации автономных солнечных энергосистем в коммунальном хозяйстве. Первые автобусные остановки с автономной подсветкой на основе солнечных модулей были установлены в Краснодаре, а затем в Армавире. В этих же городах работают над автономными фотоэнергосистемами для освещения подъездов домов, автономными солнечными фонарями для освещения пешеходных переходов в зонах отсутствия электрических подводок.

        Проекты с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ), которые готовы уже в ближайшие годы стартовать в промышленных масштабах, связаны с еще одним способом получения энергии — использованием ветра. Канадская Greta Energy этим летом завершила установку ветроизмерительных мачт сразу в пяти районах Краснодарского края: Темрюкском, Каневском, Абинском, Приморско-Ахтарском и Успенском.

Компания уже приняла положительное решение о размещении трех электростанций совокупной мощностью от 72 до 96 МВт (инвестиционная стоимость — 125 и 168 млн евро соответственно) в Ейском районе Краснодарского края. Там строительство начнется в 2010 году. Следующей планируется построить ветроэлектростанцию в Темрюкском районе. Запустить в эксплуатацию первую станцию (скорее всего, она будет в Ейске) планируется в 2011 году.

Одну из ветроэлектростанций на территории Краснодарского края планируется построить для обслуживания особой экономической зоны курортного типа под Анапой. В общей сложности Greta Energy готова до 2015 года инвестировать до €700 млн в строительство ветроэлектростанций в нескольких районах Краснодарского края. Совокупная мощность ветроэлектростанций составит от 700 МВт до 1 ГВт. Электроэнергию планируется транспортировать через сети ОАО «Кубаньэнерго».

 Другим перспективным способом получения электроэнергии и тепла является использование биотоплива. Кубань — сельскохозяйственный край, и здесь развивать биоэнергетику очень выгодно. Сейчас прорабатывается несколько направлений по переработке биомассы и получения из нее дешевой энергии. К примеру, в Выселковском районе планируется строительство биогазовых установок по переработке навоза, которые на выходе позволят получить не только дешевую тепловую и электрическую энергию, но и удобрения.

Дальше всех здесь продвинулась компания «Альтбиот», которая в этом году запустила в Павловском районе производство древесных пеллет или топливных гранул. «Технология позволяет нам использовать для производства пеллет не только низкокачественную древесину, но и отходы сельского хозяйства, что очень актуально для аграрного юга России.

Однако пока биотопливо идет в основном за границу, так как в России нет действующего оборудования для работы на пеллетах.(Приложение №1) Хотя древесные гранулы могли бы обогревать больницы, школы — любые социальные учреждения. Для этого лишь надо установить в котельных необходимое оборудование.

По мнению специалистов, именно тема возобновляемых источников энергии станет в ближайшие годы центральной в области разработок новых моделей генерации и энергосбережения. Ведь не использовать потенциал солнца, ветра, энергии земли, по меньшей мере, нерационально. В 2009 году на внедрение энергосберегающих технологий в Краснодарском крае выделено 9 млн рублей, на 2010 год запланировано 36 млн руб. По планам, к 2020 году на долю возобновляемых источников энергии на территории Кубани будет приходиться 4,5% от всей вырабатываемой энергии в Краснодарском крае.

Заключение

Дальнейшее развитие энергетики в России и мире будет смещаться в сторону развития альтернативных источников энергии и так называемой малой энергетики. И вызвано это, в первую очередь, дефицитом энергии и ограниченностью топливных ресурсов. Альтернативные источники энергии экологичны, возобновляемы, к тому же они распределены относительно равномерно, поэтому лидерство в их использовании завоюют регионы с квалифицированной рабочей силой, восприимчивостью к нововведениям и стратегическим предвидением.

Список используемых источников и литературы

Литература

1. Благодер В. Кубанская энергетика: Новые мощности для экономического прорыва//Коммерсант 2006 от 21.03 с.15
2.  Ветер перемен// Краснодарские известия 2008, №27
3. Павленко С.В., Бегом от дефицита электроэнергии.// ТЭК Кубани. 2009. № 4 с.3
4. Павленко С.В., Биоэкономика – стратегическое развитие России и Кубани.// ТЭК Кубани. 2009. № 2 с.40
5. Светлый юбилей сочинской энергетики.// ТЭК Кубани. 2009. № 2 с.18
6. Седов И., Энергосистема Кубани// Вольная Кубань 2006 от 21.07
7. Ситдинова Н.В. Моя кубань. Природа, история, хозяйство, города Краснодарского края// Ростов н/Д: Издательство «БАРО-Пресс», 2005
8. Трощенкова Что такое альтернативные источники энергии? // "Вокруг света", № 5 2006
9. Фомина Н.В..Экономика электроэнергетики // Издательство ИПКгосслужбы 2005

Материалы сети Internet

1. www.b-n-k.ru
2. www.kubanenergo.ru
3. www.russia-energy.ru
4. www.yuga.ru
5. http://ru.wikipedia.org
6. www.gc-azimut.ru
7. www.geleo.boom.ru