Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра




НазваАльтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра
Дата канвертавання15.01.2013
Памер155.75 Kb.
ТыпДокументы
МОУ «Лицей № 43»

(естественно-технический)


АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА И ВЕТРА.


Спиридонова Мария

10 «а» класс


Саранск

2012


Энергия Солнца


Земля каждый день получает от Солнца в тысячу раз больше энергии, чем её вырабатывается всеми электростанциями мира. Задача здесь состоит в том, чтобы научиться практически использовать хотя бы ее небольшое количество. Нельзя утверждать, что широкомасштабное использование солнечной энергии не будет иметь никаких последствий для окружающей среды, но все же они будут несравненно меньшими, чем в традиционной энергетике.

Самым простым и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах.Принцип действия такого устройства весьма прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит обычно 80–85 %), встречаются с черным дном коллектора и в значительной степени поглощаются им. Дно начинает испускать тепловые инфракрасные лучи, которые не могут проникнуть сквозь стекло обратно наружу; в нижнем направлении путь ему преграждает слой теплоизоляции (рис. 1). Задержанное таким образом тепло передается теплоносителю, протекающему, как правило, по уложенному на дне коллектора змеевику из металлических или полимерных трубок.

Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование "Солар-91" и осуществляемая под лозунгом "За энергонезависимую Швейцарию!", вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны импортирующей сегодня более 70 процентов энергии.  

Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2...3 кВт, монтируют на крышах и фасадах зданий. Она занимает примерно 20...30 квадратных метров. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВтч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля. Дневной избыток энергии в летнюю пору направляют в электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в ночные часы, энергия может быть бесплатно возвращена владельцу гелиоустановки.

Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанции мощностью до 300 кВт. Одна такая станция может покрыть потребности предприятия в энергии на 50...70%. В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.

Интенсивность солнечного света на уровне моря составляет 1...3 кВт на квадратный метр. КПД лучших солнечных батарей составляет 12...18 процентов. С учетом КПД преобразование энергии солнечных лучей с помощью фотопреобразователей позволяет получить с одного квадратного метра не более 0,5 кВт мощности.

Решая вопросы "экономичности" солнечной энергетики, нельзя впадать в распространенное заблуждеие: сравнивать дорогостоящую, но очень молодую технологию преобразования энергии Солнца в электричество с помощью фотоэлементов, с дешевой, но "грязной" технологией использования нефти и газа.

Экономичность этого нового вида энергетических ресурсов должна сравниваться с теми видами энергии, которые будут в тех же масштабах использоваться в будущем.

Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1 Вт установленной мощности с 1000 долларов в 1970 году, до 3...5 долларов в 1997 году и повышению их КПД с 5 до 18%. Уменьшение стоимости солнечного ватта до 50 центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизельэлектростанциями.

Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно [8]. Однако, эксперты указанного агентства не учитывают либо сознательно замалчивают тот факт, что через 40 лет ожидается общемировой энергетический кризис, связанный с исчерпанием невозобновляемых источников энергии, главным образом нефти. На этом фоне перспективы солнечной энергетики не столь радужны. Это связано с тем, что вся промышленность, в т.ч. и электронная, выпускающая солнечные элементы не является самодостаточной и не может существовать без углеводородного топлива и сырья. Иными словами выброс углекислоты неизбежно сократится через 40 лет, но отнюдь не благодаря достижениям передовых технологий. Солнечная энергия действительно сможет обеспечить четверть потребностей человечества, но лишь в результате неизбежной грядущей мировой депопуляции. При этом потребность будет покрыта лишь на ближайшие 30 лет, до выхода из строя всех солнечных энергоустановок, после чего заменить их будет нечем.

Достоинства

  • Общедоступность и неисчерпаемость источника.

  • Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить  характеристику отражательной (рассеивающей) способности земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки

  • Зависимость от погоды и времени суток.

  • Как следствие необходимость аккумуляции 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.



Энергия ветра


Ветер – неограниченный ресурс для производства электроэнергии. Он есть везде, бесконечен, экологически чист. Использование энергии ветра началось на самом раннем этапе человеческой истории. Древние персы (территория современного Ирана) использовали силу ветра для размола зерна. В средневекой Голландии ветряные мельницы служили не только для размола зерна, но и для откачки воды с польдеров. В середине XIX в. в США был изобретён многолопастный ветряк, использовавшийся для подъёма воды из колодцев.

Если в прошлом энергию ветра использовали, как правило, для повышения эффективности физического труда (для перемолки зерна или в качестве водяного насоса), то в настоящее время энергию ветра применяют в основном для выработки электроэнергии (ветер вращает лопасти электрогенератора).

Получать электроэнергию при помощи ветра первыми научились датчане в 1890 г. Производство «ветряной» электроэнергии организовано как на огромных ветряных фермах для национальных энергетических систем, так и на локальном уровне для удовлетворения потребностей сельских поселений или отдельных потребителей энергии (домохозяйств). До середины 1990-х гг. наибольшее распространение получили малые и средние ветроэнергетические установки мощностью от 100 до 500 кВт. В последние годы началось серийное производство ветрогенераторовмощностью до 2000 кВт. Их ротор имеет диаметр до 80 м, а высота башни достигает 120 м и более.


Непостоянство ветра не является проблемой его использования на локальном уровне (при использовании ветрогенератора в составе гибридной установки и наличия аккумуляторов). Малые ветроустановки обычно используют для автономной работы (например, на отдельном хуторе).

Более крупные часто концентрируют на одной площадке, создавая так называемую ветровую ферму.

География мировой ветроэнергетики за последние десятилетия претерпела довольно существенные изменения. До середины 1990-х гг. по суммарной мощности ветроэлектростанций первое место занимали США: в 1985 г. на эту страну приходилось 95% мировых мощностей. Почти все они были сконцентрированы в штате Калифорния. Во второй половине 1990-х гг. мировое лидерство перешло к Западной Европе, где уже в 1996 г. было сосредоточено 55% мировых мощностей ветроэнергетических установок. Десять лет назад ветроэнергетические установки Западной Европы обеспечивали бытовые потребности в электроэнергии примерно 3 млн человек.

В последние годы ветроэнергетика развивалась более высокими темпами, чем энергетика, использующая остальные виды альтернативных источников энергии. Отсюда и значительный рост мощностей ветроустановок в мире. Объём выработки электроэнергии из ветра в период с 2000 г. по 2006 г. вырос в 4 раза. Темпы роста рынка ветрогенераторов в мире за последние несколько лет составляют 25-30%. На конец 2006 г. суммарная мощность всех ветрогенераторов в мире оценивалась в 74 ГВт. Суммарная мощность всех ветрогенераторов, установленных в 2006 г. составила 15,2 ГВт. Общая стоимость ветрогенераторов, установленных в 2006 г. составила 23 млрд долл. США (или 1500 долл. США за 1 кВт).

И хотя энергия ветра составляет лишь около 1% от общей величины выработки электроэнергии в мире, для некоторых стран этот показатель значительно выше. В частности, доля ветряной электроэнергии в Дании составляет 20%, в Испании – 9%, в Германии – 7%.

Как распределяются ветроэнергетические мощности по странам мира? На первом месте уверенно «расположилась» Германия, в которой установленная мощность ветрогенераторов составляет 20,6 ГВт. Далее следуют Испания (11,6 ГВт), США (11,6 ГВт), Индия (6,2 ГВт), Дания (3,1 ГВт). Наибольшие мощности по ветроэнергетике в 2006 г. были введены в США (2,4 ГВт), Германии (2,2 ГВт), Индии (1,8 ГВт), Испании (1,5 ГВт), Китае (1,3 ГВт), Франции (0,8 ГВт).


Ветроэнергетика в России

В середине 1920-х годов ЦАГИ разрабатывал ветро-электрические станции и ветряки для сельского хозяйства. Конструкция «крестьянского ветряка» могла быть изготовлена на месте из доступных материалов. Его мощность варьировалась от 3 л.с., 8 л.с. до 45 л.с. Такая установка могла освещать 150—200 дворов или приводить в действие мельницу. Для постоянства работы был предусмотрен гидравлический аккумулятор[25].

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.[26]

Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири.

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.

Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской областиЗеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SЕАS Energi Service A.S.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт). Годовая выработка в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт·ч.

В Республике Башкортостан действует ВЭС Тюпкильды мощностью 2,2 МВт, располагающаяся около одноимённой деревни Туймазинского района[26]. ВЭС состоит из четырёх ветроагрегатов немецкой фирмы Hanseatische AG типа ЕТ 550/41 мощностью по 550 кВт. Годовая выработка электроэнергии в 2008—2010 гг. не превышала 0,4 млн кВт·ч.

В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч, на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч.

В Республике Коми вблизи Воркуты недостроена Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.

На острове Беринга Командорских островов действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок Кольского полуострова мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с Кислогубской ПЭС.

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская областьЕйской ВЭС 72 МВт Краснодарский край, Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт Карелия, Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край, Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область, Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область, Новиковской ВДЭС 10 МВтРеспублика Коми, Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан, Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край и Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия.

Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережьеТаганрогского залива.

В 20032005 годах в рамках РАО ЕЭС проведены эксперименты по созданию комплексов на базе ветрогенераторов и двигателей внутреннего сгорания, по программе в посёлкеТикси установлен один агрегат. Все проекты начатые в РАО, связанные с ветроэнергетикой переданы компании РусГидро. В конце 2008 года РусГидро начала поиск перспективных площадок для строительства ветряных электростанций[27].

Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «Ромашка».

В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объём реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт).

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например — городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

Германия планирует к 2020 году производить 19,6 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в основном из ветра.

Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики

В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч.

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году. Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить порог в 30 Гвт установленной мощности уже в 2010 году.

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 2 раза в сравнении с 2008 годом. К 2012 году будет построено новых ветряных электростанций на 6 тысяч МВт.

Япония планирует к 2010 — 2011 году увеличить мощности своих ветряных электростанций до 3000 МВт.

Венесуэла за 5 лет с 2010 года планирует построить ветряных электростанций на 1500 МВт.

Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт — оффшорных.

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии светрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.

По данным испанских компаний «Gamesa Eolica» и «WinWind» точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперёд» или спотовом режиме превышает 95 %.

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляемую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередачи оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием.


В данном реферате рассмотрены альтернативные источники энергии (в данном случае ветра и солнца). Проанализированы плюсы и минусы этих способов замены энергии. Рассмотрены перспективы будущего развития. Информация может быть интересна людям, которые заботятся об окружающей среде.


This lecture explored alternative sources of energy (in this case the wind and sun). Analyze the pros and cons of these methods replace energy. The prospects for future development. Information can be interesting to people who care of environment.

Библиографический список

  1. А. Е. Чижевский

Я познаю мир: Экология

Твердый переплет (2005)

Я познаю мир. Экология

Составитель Алексей Чижевский

Языки: Русский

Издательство: АСТ, Астрель, Харвест

Р. К. Баландин

Я познаю мир. Планета Земля в вопросах и ответах

Твердый переплет (2010)



  1. http://fiz.1september.ru/2001/41/no41_01.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_энергетика

http://renerg.ru/47-solnechnaya-energetika.html

http://aenergy.ru/79

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%E5%F2%F0%EE%FD%ED%E5%F0%E3%E5%F2%E8%EA%E0


 

Дадаць дакумент у свой блог ці на сайт

Падобныя:

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconАльтернативные источники энергии Солнечная энергетика Солнечная энергетика
Солнечная энергетика используетнеисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов....

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconУстановка для переработки метаносодержащих газов с получением метанола
Экология, защита окружающей среды, Энергетика, альтернативные источники энергии, ресурсосбережение, энергоносители

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconРеакция деления ядер. Жизненный цикл нейтронов
Поэтому процесс получения энергии представляет собой перевод энергии из связанной ( энергия покоя ) в свободную форму ( энергию относительного...

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconСумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов или молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия
Ние между частицами увеличивается. Следовательно, энергия этого тела тоже увеличивается. Если же температура понижается, тело остывает,...

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра icon3. Закон сохранения энергии: Полная энергия частиц до и после реакции должна быть одинакова
В реакциях упругого рассеяния q = Для того чтобы была возможна эндотермическая реакция, необходимо чтобы энергия налетающей частицы...

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconТаблица калорийности продуктов
Потребность человека в энергии измеряется в килокалориях ( ккал ). Слово «калория» пришло из латинского языка и означает «тепло»....

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconБыть монахами внутри. Копить не деньги, а заслуги
Та, которая состоит из чистой энергии саттвы, из чистой энергии Махапуруши. А мы находимся в ее не очень радостной части, в грубой,...

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconЧакры это нервные центры, аккумулирующие и распределяющие физическую, умственную, эмоциональную и духовную энергии. Коль скоро энергия сосредоточена в
Коль скоро энергия сосредоточена в чакрах, то и электромагнитное излучение человека имеет наибольшую интенсивность именно в этих...

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра iconАнализ зарядного устройства емкостного накопителя энергии на базе обратноходного транзисторного преобразователя
Источники импульсного питания на базе емкостных накопителей энергии (енэ) находят широкое применение во многих отраслях, а именно:...

Альтернативные источники энергии. Энергия солнца и ветра icon3 преобразование энергии
Однако чаще всего требуется преобразовать какой-либо природный вид энергии (например, химическую, содержащуюся в топливе) в целесообразный...

Размесціце кнопку на сваім сайце:
be.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©be.convdocs.org 2012
звярнуцца да адміністрацыі
be.convdocs.org
Галоўная старонка