НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В 21 ВЕКЕ

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 25 страниц
В избранное:

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В 21 ВЕКЕ»

Содержание

Энергия и ее применение. . 3

Виды энергии. . 4

Энергия солнца . . . 4

Ветровая энергия. 6

Энергия рек. . 8

Энергия приливов9

Использование энергии течений11

Энергия земли. 11

Энергия водорода12

Атомная энергия. . 15

Заключение (природные возможности Казахстана, энергетические ресурсы, последние известия) 20

Приложение. 23

Введение

ЭНЕРГИЯ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. С ее помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты. С ее помощью можно поджарить хлеб, обогреть жилище и привести в действие кондиционеры, осветить улицы, вывести в море корабли.

Можно сказать, что энергией являются только нефть и природный газ. Однако это далеко не так. Чтобы освободить заключенную в них энергию, их необходимо жечь, так же как бензин, уголь или дрова.

В работающем мире основой всего является энергия, без нее и не будет совершаться работа. Когда энергия имеется в наличии и может быть использована, любой объект будет совершать работу - иногда созидательную, иногда разрушительную.

Мир наполнен энергией, которая может быть использована для совершения работы разного характера. Она может находиться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Однако самыми большими резервуарами накопленной энергии являются океаны - огромные пространства беспрерывно перемещающихся водных потоков, покрывающих около 71 % всей земной поверхности.

На сегодняшний день добывание энергии связано с большими затратами ресурсов как материальных, так и в экологическом смысле, поэтому для многих стран это важнейшая проблема. Для ее решения уже рассматривают несколько вариантов, но наиболее окупаемыми и экологически чистыми являются нетрадиционные источники энергии (энергия солнца, ветра, воды и т. д. ) Именно сейчас эти источники энергии начинают усиленно разрабатываться за рубежом, к примеру в США уже используют энергию ветра, при помощи так называемых «ветряков», в Канаде наиболее популярен способ добычи энергии при помощи воды, на берегах реки Юкон были построены специальные гидроэлектростанции, которые вырабатывают электричество с огромными запасами на будущую эксплуатацию. Поэтому в моей работе мне бы хотелось рассмотреть наиболее подходящие для Казахстана варианты использования нетрадиционных источников энергии. Я выбрала именно эту тему, потому что считаю, что экология в Казахстане должна контролироваться и по возможности иметь низкие показатели по загрязнению. К примеру, в г. Экибастузе (Восточно-казахстанская область), который является одним из крупнейших городов-поставщиков угля в стране, где построена ГРЭС, обеспечивающая электроэнергией восточную часть Казахстана и некоторые регионы России; экология в этом регионе является главной проблемой для Павлодарской области, так как угольная пыль оседает в самом городе, а дым от ГРЭС, как сообщают официальные источники, доходит даже до Монголии.

Если рассматривать другие города Казахстана, где используют естественные источники энергии, то практически везде главным минусом является загрязнение окружающей среды. Моей целью является доказать, что применение нетиповых источников энергии в Казахстане возможно.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ВИДЫ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.

Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Интересно, что использование всего лишь 0. 0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0. 5 % - полностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м . Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км !

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км, требует примерно 10 тонн алюминия. Доказанные на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1. 17 10 тонн.

Существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 110 до 310 км. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 1310 км .

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 часов.

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Фотоэлектрические системы - замечательная техника, которая делает возможным эффективно использовать энергию солнца. Фотоэлектрические системы (ФЭС) преобразовывают неистощимую солнечную энергию непосредственно в электрическую. ФЭС - автономные, надежные, экологически безопасные источники энергии, которые действуют всюду, где есть солнечный свет.

ФЭС абсолютно безопасны для окружающей природы и бесшумны, без вредных отходов или выбросов отработанных газов. Как стационарные источники электричества, ФЭС очень привлекательны для Казахстана, так как наша страна имеет обширные сельские районы, не обеспеченные электричеством от централизованных энергосистем (но есть ограничение, так как востребованность таких систем будет только в период летних и весенних солнечных дней) .

Интересные изобретения:

Японский моряк Кэнити Хориэ стал первым человеком, который в одиночку пересёк Тихий океан на судне с солнечной энергетической установкой. Он преодолел 6000 километров от Гавайских островов до Японии.

Американец Л. Мауро сконструировал и построил самолёт, на поверхности крыльев которого была расположена батарея из 500 солнечных элементов. Вырабатываемая этой батареей электроэнергия, приводит в движение электромотор мощностью 2, 5 кВт, с помощью которого удалось совершить, хотя и не очень продолжительный, полёт.

Англичанин Алан Фридмэн сконструировал велосипед без педалей. Он приводится в движение электричеством, поступающим из аккумуляторов, заряжаемых установленной на руле солнечной батареей.

ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГИЯ.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия Казахстана позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории. Богаты энергией ветра северные районы страны. Почему же столь обильный, доступный, да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Техника 21 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение электроэнергии. В начале века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Современные ветряки - это сооружения высотой с многоэтажный дом с огромными лопастями. Спроектированы ветряки с двумя и тремя лопастями, укреплёнными на горизонтальной оси.

Некоторые ветродвигатели похожи на вертикально расположенное велосипедное колесо с лопастями вместо спиц, другие - на карусель. Но все проекты имеют одну особенность - гигантские размеры ветроколёс. Это понятно: чем больше лопасти, тем легче даже самый слабый ветер сможет их вращать.

Но если ветроколесо такое большое, то устанавливать его надо на очень высокой башне - ведь иначе лопасти будут цепляться за землю. Вот эти высокие башни и стали слабым местом многих проектов. Они подвержены сильным нагрузкам, неустойчивы.

Интересные изобретения: Российские изобретатели предложили проект ветросиловой плотины. По их замыслу, на металлическом каркасе высотой 350 метров и шириной 500 метров должно быть укреплено 224 ветрогенератора. Каркас крепится к понтонам. Закреплённые на якоре понтоны сами устанавливаются против ветра.

Всё больше и больше появляется проектов современных парусников. Некоторые проекты осуществлены. Известный французский учёный Жак-Ив Кусто построил необычное судно.

В конструкции двигателя этого судна используется эффект Магнуса - возникновение поперечной силы, действующей на цилиндр, вращающийся в набегающем на него потоке воздуха.

Но даже самые современные конструкции ветроагрегатов зависят от непостоянства ветра.

Удивительный симбиоз солнечной и ветряной электростанции предложили учёные.

Основа этой установки - большая круглая теплица диаметром 250 м, покрытая специальной пластиковой пленкой. От середины теплицы поднимается 200-метровая труба, в которой установлен электрогенератор с воздушной турбиной.

Когда солнце нагреет воздух в теплице, в трубе возникнет сильная тяга, которая закрутит турбину.

ЭНЕРГИЯ РЕК

Многие тысячелетия, верно, служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье - в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале XX века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь началом.

Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное кол-во энергии.

Энергия падающей воды, вращавшей водяное колесо, служила непосредственно для размола зерна, распиливания древесины и производства тканей. Однако мельницы и лесопилки на наших реках стали исчезать, когда в восьмидесятых годах прошлого века началось производство электроэнергии у водопадов.

Существуют традиционные и нетрадиционные способы получения энергии при помощи воды: сооружение крупных ГЭС, использование энергии приливов, морских течений, перепада температур.

В Казахстане имеется немало крупных рек, на которых возможно было бы построить мощные гидроэлектростанции. К примеру река Иртыш. Ежегодно руководство города Семипалатинска накапливает воду в специальные водохранилища. Их насчитывается более десяти. Летом накопленная вода спускается для тех районов, где она необходима для поддержания урожая. Это огромная масса воды могла бы принести двойную пользу: для основных целей и для использования полученной энергии.

Энергия приливов

Морские приливы вызваны гравитационным воздействием Луны. Энергия, которую несёт с собой приливная волна, колоссальна. В течение лунного месяца (28 дней), в первой фазе полнолуния и в последней четверти высота приливов наибольшая. В некоторых местах высота приливной волны достигает 18-20 метров.

Трение приливной волны о дно берега затормаживает даже вращение Земли. За последние 400 миллионов лет длина земных суток из-за этого торможения увеличилась на целых 2 часа - с 22 до 24 часов.

Уже в десятом столетии люди умели использовать энергию приливов. Так, на побережье Англии в устьях рек было построено множество мельниц.

Река перегораживалась дамбой с воротами. Напор прилива открывал ворота и заполнял водохранилище за дамбой. Отлив сам запирал ворота, а накопленная в водохранилище вода по мере надобности направлялась на мельничное колесо.

Интересные изобретения:

"Устройства типа "Нырок"

Нырок" профессора Солтера представляет собой поплавок, который поднимается и опускается вместе с волнами и при этом приводит в действие насос, который подаёт воду на гидротурбину, связанную с генератором электрического тока.

Поплавки соединяются в длинную цепь и ставятся на якорь вдоль берегов, разумеется, так, чтобы не мешать судоходству. "Нырок" может преобразовывать до 90 % энергии волн. Испытаны модели в 1/50 натуральной величины. Реальный "Нырок" должен быть размером с дом. Устройство не загрязняет окружающую среду, оно безопасно и долговечно.

Комбинированная установка Перанио

Конструкция предусматривает использование энергии волн и ветра. Волновая часть состоит из наклонной плоскости, по которой набегающие волны перекатываются в верхний резервуар. Затем вода из резервуара идет на низконапорную турбину, вращающую электрогенератор или компрессор для сжатия воздуха, или рабочее колесо насоса, подающего воду в накопительную емкость. На этом же плавучем понтоне или судне, где смонтирована волновая часть, располагается и энергетическая установка. Такая установка при высоте волн около 2 метров и скорости ветра выше 0, 5 м/с. способна вырабатывать 1, 75 МВт на каждые 100 м воды, попавшей в резервуар (естественно, при росте скорости ветра мощность будет расти) .

Использование энергии течений

Различаются поверхностные и глубинные течения. Направления и скорости их самые различные. С древних времен они использовались для мореплавания, и только в наше время возникла мысль извлекать из них энергию в пригодной для применения форме. Преимуществом может быть то, что течения стабильны во времени и, как правило, в пространстве в отличие от приливов и волн.

Технические решения сводятся к двум принципам: использование водяных колес и водяных парашютов.

Вихревой теплогенератор Потапова

В это трудно поверить, но уже освоено производство теплогенератора, который вырабатывает энергии в 1, 5 раза больше, чем потребляет. Речь идет об изобретенных академиком Ю. С. Потаповым теплогенераторах, позволяющих высвобождать внутреннюю энергию воды путем ее вращения.

Это устройство может согревать воду в батареях водяного отопления без сжигания топлива. Естественно, оно потребляет электроэнергию, но тепловой энергии вырабатывает в полтора-два раза больше, чем потребляет электрической. Да и ту оно может потреблять в ночное время, когда тариф ниже дневного, а днем выдавать запасенное за ночь тепло.

Устройство достаточно простое и включает в себя водяной насос, электромотор, а также вихревую трубу и очень подходит для эксплуатации на Каспийском море.

ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.