«Экология и альтернативные источники энергии в ЧР»

         МАОУ "Школа с углубленным изучением отдельных предметов № 183 имени Р.Алексеева"

Сормовского района г. Н. Новгорода

Научное общество учащихся

Альтернативные источники –

Энергия будущего

Выполнил: Сорокин Кирилл

Ученик 10 Б класса

Научный руководитель:

Назарова О. В.

Учитель географии

Нижний Новгород

2017 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………..…….4

1.Солнечная энергия.………………………………………………………..…..5

1.1Солнце - источник энергии..………………………………………...………5

1.2 Использование солнечной энергии………………………………..…………5

1.3 Потенциал солнечной энергии..………………………..…………………….6

1.4 Преимущества и недостатки размещения………….………………………..7

2.Энергия ветра..……………………………………………..…………………..9

2.1 История «освоения» ветра……………………………………..……………..9

2.2 Ветроэнергетика в мире…………………………………………..…………10

3. Геотермальная энергия.…………………………………………………….12

3.1 Что такое, причины интереса……………………………………………….12

3.2 Использование геотермальной энергетики в мире……………………......13

3.3 Последствия использования…….………………………………………….14

4. Энергия биомассы...………………………………………..………………..15

4.1 Что такое биомасса и что из нее можно получить ……….……………….15

4.2 Преимущества и недостатки энергии биомассы………….…...…………..16

4.3 Перспективы использования биомассы в мире…..…………....…………..17

5. Энергия приливов и отливов………………………………………………19

5.1 Приливы и отливы как могучее природное явление………………………19

5.2 Первые станции и их эффективность………………………...……………19

5.3 Недостатки ПЭС……………………………………………………………..20

6. Альтернативная энергетика России. Перспективы Крыма……...……21

6.1 Состояние энергетики России………………………………………………21

6.2 Потенциал России………………………………………...…………………21

6.3 Состояние энергетики п-ова Крым…………………………………………23

7. Исследовательская работа…..…………………………...…………………27

Заключение……………………………………………………………………….29

Приложение………………………………………………………………………30

Литература……………………………………….………………………………39

 

Введение

Чем дальше движется в своем развитии человечество, тем более актуальным становится использование альтернативных, возобновляемых источников энергии. Развитие альтернативной энергетики и поиск новых источников энергии – главная мировая тенденция нового тысячелетия. Причины этому – истощенные природные ресурсы и возможная перспектива энергетического кризиса, негативное воздействие традиционной энергетики на окружающую среду и угроза экологической катастрофы. 

 Приручив энергию земли, воды, ветра и солнца, мы перестанем загрязнять окружающую среду и сэкономим ценные ископаемые ресурсы. Вместо традиционной энергетики, применяющей в качестве источника нефть, газ или уголь, сегодня ученые разрабатывают, а энергетики внедряют альтернативные энергетические установки. 

 Человечество постоянно открывает все новые источники энергии и изобретает новые способы ее выработки. Люди научились добывать энергию при помощи океанских волн и течений, теплых подземных источников, солнечных лучей, порывов ветра. Энергию вырабатывают из рисовой шелухи, куриного помета, банановой кожуры.

Целью работы:  изучение, а также  рассмотрение перспектив применения альтернативных источников энергии.

Задачи:

- изучить литературу, информацию интернета и выяснить какие источники альтернативной энергии существуют в наше время;

-понять принцип их работы, а также выявить преимущества и недостатки;

- проанализировать использование  альтернативных источников энергии в РФ;

-провести социологический опрос среди учащихся 8-9 и 10-11 классов о владении информацией по данной теме и сделать выводы.

 1. Солнечная энергия

1.1 Солнце – источник энергии

Наше Солнце – это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество.

Солнечная энергия является источником общей циркуляции атмосферы и циркуляции воды в океанах. Она как бы создаёт гигантскую систему водяного и воздушного отопления нашей планеты, перераспределяя тепло по земной поверхности.

Солнце излучает огромное количество энергии - приблизительно 1,1x10²⁰ кВт·ч в секунду. Киловатт·час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 10¹⁸ ) кВт·ч ежегодно. Однако только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 10¹⁷ ) кВт·ч, достигает поверхности Земли. Остальные 30% солнечной энергии отражается обратно в космос, примерно 23% испаряют воду, 1% энергии приходится на волны и течения и 0,01% - на процесс образования фотосинтеза в природе.

1.2 Использование солнечной энергии

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким 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. Пока ещё электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проводят на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.Но, тем не менее, станции-преобразователи солнечной энергии строят, и они работают.

Солнечную радиацию при помощи гелиоустановок преобразуют в тепловую или электрическую энергию, удобную для практического применения. В южных районах нашей страны созданы десятки солнечных установок и систем. Они осуществляют горячее водоснабжение, отопление и кондиционирование воздуха жилых и общественных зданий, животноводческих ферм и теплиц, сушку сельскохозяйственной продукции, термообработку строительных конструкций, подъем и опреснение минерализованной воды и др.

С 1988 года на Керченском полуострове работает Крымская солнечная электростанция. Она невелика – мощность всего 5 МВт. Она работает без каких-либо выбросов в окружающую среду, что особо важно в курортной зоне, и без использования органического топлива. Работая 2000 часов в год, станция вырабатывает 6 млн. кВт электроэнергии.

С начала 50-х годов в нашей стране космические летательные аппараты используют в качестве основного источника энергопитания солнечные батареи, которые непосредственно преобразуют энергию солнечной радиации в электрическую. Они являются практически незаменимым источником электрического тока в ракетах, спутниках и автоматических межпланетных станциях.

Освоение космического пространства позволяет разрабатывать проекты солнечно-космических электростанций для энергоснабжения Земли. Эти станции, в отличие от земных, не только смогут получать более плотный поток теплового солнечного излучения, но и не зависят от погодных условий и смены дня и ночи. Ведь в космосе Солнце сияет с неизменной интенсивностью.

Продолжается изучение возможностей более широкого использования гелиоустановок: «солнечные» крыши на домах для энерго- и теплоснабжения, «солнечные» крыши на автомобилях для подзарядки аккумуляторов, «солнечные» фермы в сельских районах и т.д.

Ученые и энергетики продолжают вести работу по поиску новых более дешевых возможностей использования солнечной энергии. Возникают новые идеи, новые проекты.

1.3 Потенциал солнечной энергии

Среднее количество солнечной энергии, попадающей в атмосферу Земли, огромно – около 1,353 кВт/м 2, или 178 000 ТВт. Гораздо меньшее её количество достигает поверхности Земли, а доля, которую можно использовать, ещё меньше. Тем не менее, солнечная энергия и возобновляемое сырьё представляют собой такой ресурсный потенциал, который намного превышает потенциал ископаемых ресурсов. Объём энергии, ежегодно даваемый Земле Солнцем, в 15 000 раз больше годового потребления атомной энергии и энергии из ископаемых источников. Одной Италии оно даёт в 6 раз больше энергии, чем используется в течение года во всём мире. Ежегодная производительность фотосинтеза флоры в 10 000 раз превышает годовую производительность химической промышленности

всего мира. Это значит, что в перспективе есть возможность заменить весь потенциал ископаемых ресурсов ресурсами солнечной энергии.

Иногда мы не вполне осознаём, что имеем дело с самым, может быть, феноменальным явлением природы: на нашу планету непрерывно низвергается нескончаемый поток энергии.

Эта энергия доступна всем и каждому. Её практически неограниченное количество. Она экологична, ничего не загрязняет, ничего не нарушает, ни во что не врывается губительным диссонансом (за немногими исключениями). Она даёт жизнь всему сущему на Земле. Больше того, эта энергия даровая. Она разлита повсюду: бери, сколько хочешь, никаких вроде бы препятствий. Поток её постоянен, независимо от того, используем мы его или нет.

При всех достоинствах солнечной энергии её использование сегодня является самым затратным. Следовательно, надо совершенствовать существующие технологии преобразования солнечной энергии с целью увеличения их эффективности и снижения стоимости.

Очень рассеянным, неплотным потоком приходит на Землю излучение нашего светила. Надо его как-то сгущать, искать эффективные способы его концентрации.

Для создания солнечных орбитальных электростанций придётся научиться собирать в космосе гигантские и одновременно лёгкие конструкции. С панели площадью в 100 км 2 можно снимать мощность около 10 миллионов киловатт. Надо обеспечить передачу этой энергии на Землю, иметь многоразовые транспортные средства для доставки грузов на орбиту.

1.4 Преимущества и недостатки размещения

Среди преимуществ солнечной электроэнергии в первую очередь можно выделить тот факт, что такие системы на протяжении всего срока эксплуатации генерируют значительно больше энергии, чем было затрачено при их производстве. Например, кремниевые солнечные батареи, работающие в таких солнечных странах как Испания, возвращают энергию, потраченную на их производство, в течение первых 2-х лет, а служат – не менее 20 лет.

Следующим преимуществом является постоянное снижение стоимости солнечной электроэнергии, которая по прогнозам аналитиков сравняется со стоимостью традиционной не позднее 2020 года. Кроме того, массовая выработка «солнечной» электроэнергии не требует использования полезных и зачастую дорогих земель, так как батареи могут монтироваться на крышах или фасадах существующих зданий и сооружений, защитных заграждениях автобанов и т.п.

С технической точки зрения преимущества солнечных систем заключаются в отсутствии необходимости использовать любые виды топлива, а также в отсутствии движущихся частей, которые шумят и изнашиваются. Нет необходимости в проведении трудоемкого технического обслуживания инсталлированных систем для поддержки их в работоспособном состоянии.

Что касается недостатков, то главное – это неспособность в настоящее время конкурировать по стоимости с традиционными видами электроэнергии. Без государственной поддержки использовать солнечные системы в местах, где есть нормальный доступ к сети, сегодня нецелесообразно. И это хорошо видно в странах СНГ, где стоимость инсталляции простой системы для загородного дома достигает нескольких десятков тысяч евро с соответствующими немалыми сроками окупаемости вложений.

Также применение солнечной электроэнергетики имеет экономический смысл там, где существует государственная поддержка этого направления. Среди стран, проводящих подобную политику, самую заметную роль играют Германия, Испания, Италия, США, Южная Корея и Япония. Именно они и формируют сегодня мировой рынок солнечной энергетики

(См. Приложение 1).

В странах СНГ же солнечные батареи используются пока очень слабо. Есть всего несколько успешно завершенных проектов, но их все можно пересчитать по пальцам.

2. Энергия ветра

2.1 История «освоения» ветра

Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае.
Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных  станков.

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.

Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования

(См. Приложение 2).

Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии для автономных потребителей, а также механической энергии для подъема воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др. В местностях, имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с аккумуляторами можно применять для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и др.

По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного хозяйственного ущерба допустимы кратковременные перерывы в подаче энергии. Использование же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять их для снабжения энергией практически любых потребителей.

Мощные ветровые установки стоят обычно в районах с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах и т.д.) Такие установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и других странах.

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого.

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород, Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

2.2 Ветроэнергетика в мире

1. Китай — 114763 МВт.По итогам 2014 года все местные станции производили 67.7 ГВт. Сегодня эта цифра уже приближается к 80. Таким образом, Китай можно официально назвать лидером по ветроэнергетике во всем мире. К столь быстрому развитию страну подтолкнула промышленность, потребляющая все большее количество энергии.

2. США — 65879 МВт. Объемы генерации ветра в Америке на сегодняшний день приближаются к 60 ГВт, хотя количество ветроустановок сравнительно невелико. Правда, несколько затрудняется дело неясной позицией правительства: местные законы не поддерживают производителей, скорее, наоборот, мешают им работать.

3. Германия — 39165 МВт. Лидер среди европейских стран, использующих ветер в качестве источника энергии. Объемы генерации составляют более 30 ГВт (для сравнения – в Евросоюзе эта цифра не превышает 100 ГВт). Политику использования ветра в качестве источника энергии поддерживает население страны, что отражается на действиях и решениях правительства страны.

4. Испания — 22987 МВт. Экономика страны страдает от кризиса, но ветроэнергетика здесь развивается огромными темпами. Государство почти отказалось от остальных источников энергии, но все-таки еще не приступило к использованию альтернативного источника на полную мощность.

5. Индия — 22465 МВт. Страна относится к развивающимся, но уже сегодня активно вводит ветровые станции в эксплуатацию. Быстрый рост численности населения и развитие промышленности влечет собой поиск альтернативного источника энергии, так как в стране нет своего топлива, а закупки его обходятся все дороже. От Китая страна пока отстает, но в ней заложен большой потенциал в плане развития ветроэнергетики.

6. Великобритания — 12440 МВт.

7. Франция — 9285 МВт.

8. Италия — 8663 МВт.

9. Канада — 9694 МВт.

10. Бразилия — 5939 МВт

3. Геотермальная энергия

3.1 Что такое геотермальная энергетика? Причины интереса к ней.

Последние десятилетия в жизни общества и всего человечества характеризуются повышенным интересом к проблеме использования возобновляемых источников энергии, одним из которых является геотермальная энергия Земли (энергия горячей воды земных недр из районов сейсмической и вулканической активности), что вызвано несколькими факторами.

Во-первых, исторический период, в котором ведущую роль занимают традиционные энергоносители (дрова, торф, каменный уголь, нефть и природный газ) близок к своему завершению. Наблюдается непредсказуемое колебание стоимости некоторых видов ископаемого топлива, особенно нефти и газа, их труднодоступности для добычи, транспортировки и переработки.

Во-вторых, так называемые энергетически зависимые страны, стремясь к своей экономической и политической самостоятельности, расширяют использование альтернативных возобновляемых источников энергии (например, солнца, воды, ветра и т.п.), как одного из факторов своего процветания.

В-третьих, расширяется борьба за экологическую безопасность традиционных источников энергии, в числе которых выступают парниковый эффект и высокие выбросы вредных газов, например, сероводорода, аммиака и других.

Следовательно, проблема изучения и использования возобновляемых источников энергии, одним из которых является геотермальная энергия Земли, требует к себе комплексного подхода. Она включает в себя ряд традиционных и инновационных мер, охватывающих технические, социально-педагогические, научно-методологические проблемы и технологии её изучения, реализации с различными категориями населения, в числе которых выступают учащиеся средних и высших учебных заведений, учителя, преподаватели, научные работники и многие другие специалисты.

Очевидно, что все многообразие инновационной работы, связанное с деятельностью преподавателей системы образования страны и мирового сообщества, необходимо делать при глубоком, творческом изучении предметов не только по физике или энергетике, но и естествознанию, географии, химии и другим дисциплинам.

Учитывая, что геотермальная энергия – это физическое тепло глубинных слоев земли, которые характеризуются гораздо большей температурой, чем температура воздуха на её поверхности, то в качестве энергоносителей могут выступать так называемые жидкие флюиды в виде воды или пароводяной смеси, а также сухая горная порода, расположенная на соответствующих глубинах нашей планеты Земля.

По оценкам специалистов на сегодняшний день при получении альтернативных источников энергии экономически целесообразно широко использовать возможности геотермальных вод. В их числе выступает более выгодная возможность использования тепла горячих вод и газов, выбрасываемых из Земли через естественные каналы или специально пробуренные скважины.

3.2 Использование геотермальной энергии в мире

Запасы геотермальной теплоты (~ 8 * 1030Дж) в 35 млрд раз превышают годовое мировое потребление энергии. Лишь 1% геотермальной энергии земной коры (глубина 10 км) может дать количество энергии, в 500 раз превышающее все мировые запасы нефти и газа. Однако сегодня может быть использована лишь незначительная часть этих ресурсов, и это обусловлено, прежде всего, экономическими причинами. Начало промышленному освоению геотермальных ресурсов (энергии горячих глубинных вод и пара) было положено в 1916 году, когда в Италии ввели в эксплуатацию первую геотермальную электростанцию мощностью 7,5 МВт. За прошедшее время, накоплен немалый опыт в области практического освоения геотермальных энергоресурсов. Общая установленная мощность действующих геотермальных электростанций (ГеоТЭС) равнялась: 1975 г. - 1 278 МВт, в 1990 году - 7 300 МВт. Наибольшего прогресса в этом вопросе достигли США, Исландия, Филиппины, Мексика, Италия, Япония.

Технико-экономические параметры ГеоТЭС изменяются в довольно широких пределах и зависят от геологических характеристик местности (глубины залегания, параметров рабочего тела, его состав и т.д.). Для большинства введенных в эксплуатацию ГеоТЭС себестоимость электроэнергии является подобной себестоимости электроэнергии, получаемой на угольных ТЭС, и составляет 1200 ... 2000 долл. США / МВт. (См. Приложение 3)

В Исландии 80% жилых домов обогревается с помощью горячей воды, добытой из геотермальных скважин под городом Рейкьявик. На западе США за счет геотермальных горячих вод обогревают около 180 домов и ферм. По мнению специалистов, между 1993 и 2000 гг глобальное выработки электричества с помощью геотермальной энергии выросло более чем вдвое. Запасов геотермального тепла в США существует так много, что оно может, теоретически, давать в 30 раз больше энергии, чем ее сейчас потребляет государство.

В перспективе возможно использование тепла магмы в тех районах, где она расположена близко к поверхности Земли, а также сухого тепла разогретых кристаллических пород. В последнем случае скважины бурят на несколько километров, закачивают вниз холодную воду, а обратно получают горячую.

3.3 Последствия использования геотермальной энергии

Использование геотермальной энергии имеет и отрицательные экологические последствия. Строительство геотермальных станций нарушает «работу» гейзеров. Для конденсации пара на геотермальных станциях используется большое количество охлаждающей воды, поэтому геотермальные станции являются источниками теплового загрязнения. При одинаковой мощности с ТЭС или АЭС геотермальная электростанция потребляет для охлаждения значительно большее количество воды, т.к. ее КПД ниже. Сброс сильно минерализованной геотермальной воды в поверхностные водоемы может привести к нарушению их экосистем. В геотермальных вода в больших количествах содержится сероводород и радон, который вызывает радиоактивные загрязнения окружающей среды.

 4. Энергия биомассы

4.1 Что такое биомасса и что можно получить из биомассы ?

Термин энергетическая ферма используется в очень широком смысле, обозначая производство энергии в качестве основного или дополнительного продукта сельскохозяйственного производства, лесоводства, аквакультуры, а, кроме того, те виды промышленной и бытовой деятельности, в результате которых образуются органические отходы. Основной целью переработки сырья могло бы быть исключительно производство энергии, но более выгодно найти наилучшее соотношение между получением из различных видов биомассы энергии и биотоплива.

Наиболее характерный пример энергетических ферм представляют собой предприятия по выращиванию и комплексной переработке сахарного тростника Производство зависит от сжигания отходов переработки тростника, необходимого для снабжения энергией всей технологической цепи. При надлежащей механизации можно было бы получить дополнительную энергию для производства на продажу побочных продуктов (патоки, химикатов, корма для животных, этилового спирта, строительных материалов, электроэнергии). Следует отметить, что этиловый спирт и электроэнергию можно использовать для выращивания культур и выполнения транспортных операций.

Для выращивания и переработки урожая необходима энергия в форме солнечного излучения и в форме, пригодной для получения топлива для работы сельхозмашин, создания самих этих машин, получения удобрения и т.п. Для оценки эффективности получения энергии из того или иного вида биомассы необходимо проведение энергетического анализ (См. Приложение 4)

Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м3.

Энергия, полученная от переработки биогаза, применяется в самых разных отраслях производства и просто в быту обычных граждан. На нем способны функционировать газосжигающие устройства, которые вырабатывают энергию. В последствие эта энергия применяется в отоплении, освещении, снабжении разных кормоприготовительных цехов в сельском хозяйстве. Кроме всего вышеперечисленного биогаз задействован для полноценной деятельности водонагревательных приборов, газовых колонок, а также двигателей внутреннего сгорания

4.2 Преимущества и недостатки энергии биомассы

Применение биомассы в качестве топлива является актуальной задачей, особенно на фоне роста цен на энергоресурсы. В качестве биотоплива могут быть использованы: биомасса древесины, отходы растениеводства, горючие отходы пищевой промышленности и животноводства.

Развитие энергетики за счет использования сельскохозяйственных культур имеет как достоинства, так и недостатки. Один из наиболее существенных недостатков то, что производство энергии станет конкурировать с производством пищи. Крупномасштабное увеличение объема производства биотоплива (например, этилового спирта) по этой причине может оказать существенное отрицательное влияние на мировой рынок пищевых продуктов. Второй серьезный недостаток – возможность обеднения и эрозии почв в результате интенсификации выращивания «энергетических» культур. Очевидная стратегия спасения от этих явлений – выращивание культур, пригодных и для обеспечения человека (зерно), и для энергетических нужд при одновременном сокращении части урожая, скармливаемого животным. 

Однако существуют и серьезные ограничения по использованию биомассы для получения энергии. Биомасса обладает большой влажностью, следовательно, требует дополнительных затрат для сушки. Чаще всего биомасса требует предварительной подготовки (измельчение, прессование, брикетирование и т.п.). Наиболее распространенным способом получения энергии из биомассы является ее сжигание, а процесс сжигания имеет свои сложности: во-первых, различные виды биомассы требуют различных топочных устройств, во-вторых, процессы горения далеко не всегда протекают с высоким КПД (имеется потенциал по совершенствованию топочных устройств). И, в-третьих, экологические параметры топок должны соответствовать действующим нормам выбросов вредных веществ.

Использование биомассы позволит лишь частично решить проблему энергетической безопасности для небольших хозяйств, предприятий. Достоинства применения биомассы для получения энергии заключаются в следующем. В ряде случаев биомасса является очень дешевым источником энергии часто вообще бесплатным (отходы), но у нас этот источник или не используется вообще, или используется в исключительных случаях. Кроме того, многие виды отходов необходимо утилизировать термически, так как некоторые виды бактерий гибнут только при очень высоких температурах. Современные технологии получения энергии из биомассы позволяют значительно улучшить экологическое состояние окружающей среды, а получение энергии из сельскохозяйственных отходов позволяет аграрному сектору стать производителем энергии, а не только потребителем.

4.3 Перспективы использования биомассы в странах мира

В большинстве развитых стран имеются долгосрочные программы по биоэнергетике. Так, в Финляндии, занимающей ведущее место в области изучения и использования биотоплива, соответствующие исследования ведутся с 1980г. С 1993г. функционирует программа BIOENERGIA. Указанная программа включает 60 проектов. Основные направления исследований, предусмотренные программой, включают в себя: газификацию и сжигание; схемы и оборудование небольших электростанций; сушка под давлением; производство древесных топлив; торфопроизводство; экономика и экология биотоплив.

В настоящее время (на 2000г.) Финляндия за счет леса и торфа удовлетворяет около 14% энергетических потребностей. При этом в энергетических целях используется 4,5 млн м³ древесины, а доступные неиспользуемые пока лесные ресурсы составляют: древесные отходы – 67%; торф – 28%; технологическая щепа – 5%.

В Швеции более 14% всей энергии вырабатывается на биомассе. В США мощность энергетических установок, работающих на биомассе, достигает 9000 МВт.

В конце 1990г. создана программа сотрудничества по энергетическому использованию биомассы «ЛЕБЕН».Она включает более 16 проектов для стран ЕС. Ее конечной целью является доведение проектов до стадии промышленных технологий.

Бюджет Министерства энергетики США также предусматривает выделение крупных сумм на развитие технологий использования биомассы.

Для прямого сжигания биотоплива за рубежом используются и развиваются различные модификации слоевого сжигания, сжигания в пузырьковом и циркулирующем кипящем слое. При этом основное внимание уделяется очистке газовых выбросов.

Межнациональная компания Ahlstrom, являющаяся крупнейшим в мире производителем многотопливных котлов, допускающих сжигание древесины (40% мирового рынка), к началу 1994г. поставила 70 котлов стационарного кипящего слоя тепловой мощностью от 5 до 200 МВт, 120 котлов с циркулирующим кипящим слоем общей тепловой мощностью 12500 МВт, максимальная мощность изготовленного котла 250 МВт; предлагается изготовление котлов мощностью до 400 МВт. Слоевые методы сжигания биомассы, в том числе бытовых отходов и соломы, развиваются датской фирмой Volund.

Ведущие котлостроительные фирмы применяют высокотемпературную и низкотемпературную очистку газов, двухступенчатое сжигание, дожигание уноса, введение присадков. Фактическое содержание NОх достигает 56 мг/МДж при гарантированных значениях 140…170 мг/МВт. Котлы для сжигания биомассы пользуются спросом на мировом рынке.

Более 10 лет эксплуатируется в США (штат Вермонт) электростанция мощностью 50 МВт, работающая на биомассе, состоящей на 80% из древесины от санитарных рубок и отходов лесозаготовок и на 20% – из отходов переработки древесины. Однако при средней мощности электростанций с биоэнергетическими установками 20 МВт и их эффективном КПД 25% себестоимость электроэнергии составляет 6,5…8,0 центов/кВтч. В то же время приемлемая себестоимость электроэнергии составляет 4,5…5,5 центов/кВтч, что требует иметь эффективного КПД установки не менее 35…40%.

Неподалеку от Москвы открыли подобную ТЭС на биогазе. Как утверждает ее руководство, она будет работать на иле из реки, которого за год скапливается больше чем 6 млн. куб. м. Станция только недавно открылась, так что это хорошая возможность понаблюдать за тем, удастся ли разработчикам справиться с поставленной задачей.

  5. Энергия приливов и отливов

5.1 Приливы и отливы как «могучее» природное явление

Как известно, морские приливы и отливы- следствие воздействия на океаны и моря лунного и солнечного притяжения. Приливы и отливы происходят два раза в сутки. Обычно максимальное поднятие воды над ее минимальным уровнем в открытом океане составляет около 1 м. Но в некоторых местах этот перепад значительно больше: на атлантическом побережье Канады - до 18 м, в проливе Ла-Манш -до 15м, на побережье Охотского моря - до 13 м.

В прибрежной зоне приливные волны проявляются в периодическом подъеме и опускании уровня. В узостях приливы часто проявляются в виде мощных течений. В некоторых местах высота прилива достигает значительной величины – 12-20 м. Энергия приливных волн огромна.

Человек уже давно начал использовать энергию приливов. Так, приливные мельницы использовались в 15 веке в Англии, были широко распространены на северо-восточном побережье Канады в 17 веке.
Для концентрации водного напора на станции плотина отделяет часть акватории. В теле плотины размещаются гидрогенераторы, водопропускные сооружения, здание станции. Величина напора зависит от колебаний уровня по обе стороны плотины. Колебания во внешнем бассейне определяются местным приливом, колебания во внутреннем бассейне определяются расходами воды при работе станции. Приливные станции относятся к низконапорным гидротехническим сооружениям, в которых водяной напор не более 15-20 м.

5.2 Первые станции и их эффективность

В 1966 г. во Франции на берегу Ла-Манша была построена ПЭС «Ране» мощностью 240 тыс. кВт. Конструктивно она представляла собой бассейн, отделенный от моря плотиной, в теле которой установлен горизонтально расположенный гидрогенератор. Вода вращала его турбину, перетекая во время прилива из моря в бассейн, а во время отлива - обратно.

По аналогичному принципу в 1968 г. на Баренцевом море была построена Кислогубская ПЭС мощностью 800 кВт. Но в отличие от ПЭС «Ране» она подключена к общей энергосистеме вместе с традиционными электростанциями, что позволило устранить неравномерность подачи электроэнергии потребителям.

ЭС не могут решить проблемы энергетики кардинально. Но в экономическое развитие регионов и стран, чье побережье омывают моря, они способны внести определенный вклад (См. Приложение 5). Это относится, в частности, к северным и дальневосточным районам России. Так, ПЭС мощностью 40 тыс. кВт планируется построить на Кольском полуострове. Предполагается, что плотинами с ПЭС будут перекрыты большие заливы - Мезенский в Белом море и Пенжинский - в Охотском.

5.3 Недостатки ПЭС

Использование энергии приливов ограничивается, в основном, высокой стоимостью сооружения. Кроме того, как оказалось, приливные станции характеризуются отрицательным влиянием на окружающую среду. Сооружение плотины приведет к увеличению амплитуды прилива. Даже небольшое повышение амплитуды прилива вызовет значительное изменение распределение грунтовых вод в береговой зоне, увеличит зону затопления, нарушит циркуляцию водных масс, изменит ледовый режим в части бассейна за плотиной и т.д.
Сооружение плотины должно вызвать и важные биологические последствия. В бассейне за плотиной работа станции будет оказывать воздействие на литораль (зона между наивысшей точкой затопления во время прилива и нижней, обнажающейся при отливе). Плотина может оказать вредное воздействие не только на местные сообщества, но и на мигрирующие виды. Например, по оценкам биологов строительство плотины в Пенжинской губе Охотского моря нанесет непоправимый вред популяции охотоморской сельди. При строительстве плотин в зоне умеренного климата возможно образование зоны сероводородного заражения, подобной тем, которые наблюдаются в заливах и бухтах, имеющих естественные пороги. Фиорды Скандинавского полуострова, имеющие естественный порог, представляют собой классический пример такого естественного сероводородного заражения

 6. Альтернативная энергетика России. Перспективы Крыма

6.1 Состояние России в энергетике

Экономика России характеризуется низкой энергоэффективностью. Потребление энергетических ресурсов на единицу продукции в несколько раз выше, чем в развитых странах. Это связано не только и не столько с северным положением страны (как традиционно принято считать), сколько со структурой экономики и устаревшими технологиями во многих отраслях. Изменение сложившегося положения зависит от модернизации производства, перехода к более современным и менее энергоемким технологиям. Скорее это уже вопрос конкурентоспособности национальной экономики, поскольку в развитых странах в последние десятилетия активно развивались подобные технологии.

Потребление энергии связано с выбросами в атмосферу парниковых газов, что дополнительно стимулировало исследования в данной области ученых разных стран. Большое внимание в последнее время уделяется особенностям моделирования взаимосвязи развития экономики и энергетики, поиску факторов, которые способствуют снижению потребления энергии.

Имеющаяся статистическая информация и экспертные заключения свидетельствуют о том, что в настоящее время в России доля альтернативной энергетики на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) составляет менее 1% от общего объема генерируемой в России электроэнергии. Пока наиболее востребованными остаются биотопливо, ветровая энергия и совсем малое количество вырабатывается за счет энергии солнца.

В то же время, в ведущих странах мира доля ВИЭ в общем топливно-энергетическом балансе существенно больше. В большинстве стран развитие ВИЭ стало одной из самых быстроразвивающихся областей экономики. По оценкам Международного энергетического агентства в странах ЕС ежегодный прирост энергии, вырабатываемой за счет использования ВИЭ превышает 15-20%. А согласно утвержденным планам Европарламента к 2020 году объем вырабатываемой энергии в странах ЕС должно составлять 20% и более, в 2040 году эта доля должна достигнуть 40%. При этом, по состоянию на 2013 год доля ВИЭ составляет более 15%, в то время как в 2007 году это значение не превышало 8%.

6.2 Потенциал России.

В России роль солнечной энергии остается в значительной степени недооцененной. Наибольшим потенциалом использования солнечной энергии обладают Краснодарский край, Ставрополье, Якутия и Магаданская область. Во многих областях Сибири и на юге России среднегодовое поступление солнечной энергии сопоставимы со странами Южной Европы (См. Приложение 6).

Так же обладают значительным потенциалом технологии преобразования солнечной энергии в полезную теплоту – солнечные коллекторы различного типа. Данные устройства хорошо себя зарекомендовали во всем мире. Даже в северных территориях, в которых количество солнечной энергии существенно меньше, чем на экваторе, эти устройства используют в качестве вспомогательных систем отопления и горячего водоснабжения. На практике уже была доказана экономическая эффективность применения солнечных коллекторов на севере России (в том числе, в Республике Карелия), где была разработана и протестирована конструкция специально предназначенная для круглогодичного использования в условиях севера.

Россия обладает значительным потенциалом ветровой энергии, но используется не более 0,00001% от технического потенциала. В то же время проектируется и реализуется целый ряд ветропарков, представляющих собой набор отдельных ветрогенератаров, сконцентрированных на одной территории и соединенных в одну общую сеть, в частности на северо-западе и юге европейской части страны (Ленинградская область, Псковская область, Ростовская область, Северный Кавказ), а также на дальнем востоке (Приморский край).

В России ежегодно производятся порядка 15 млрд. тонн биомассы различных видов (в т.ч. отходы древесины и сельскохозяйственные отходы), что в пересчете по энергетическим характеристикам соответствует 8 млрд. тонн условного топлива. В Карелии в рамках международного проекта AQUAREL изучалась возможность использования финского опыта переработки отходов рыбного хозяйства в биогаз, биодизель и другие полезные продукты. Результаты оказались более чем обнадеживающими.

Использование возобновляемых источников энергии в особенности в автономных энергосистемах отдаленных районов позволит снизить затраты на энергоснабжении за счет снижения транспортных издержек на доставку топлива.

Так что уже давно назрела необходимость связывать энергетические перспективы России с активным использованием возобновляемых источников энергии и развитием соответствующих технологий. В противном случае разрыв со странами, которые уже давно их внедряют в свою практику может стать непреодолимым.

6.3 Состояние энергетики Крыма

Крым может всерьез похвастаться успехами в альтернативной энергетике. По некоторым данным, в последние годы на полуострове до 20% вырабатываемого электричества приходится на возобновляемые источники энергии. Главным образом это - солнечные электростанции и ветряные.

Так, за последние годы введены в эксплуатацию солнечные электростанции «Родниковое» и «Перово» в Симферопольском районе, «Охотниково» и «Митяево» - в Сакском и «Николаевка» в Первомайском районе.

Ветряная энергетика Крыма представлена семью ветряными электростанциями. Наиболее крупные из них, это - Донузлавская ВЭС (установленная электрическая мощность 18,7 МВт), ВЭС «Водэнергоремналадка» (установленная электрическая мощность 26 МВт), Тарханкутская ВЭС (установленная электрическая мощность 15,9 МВт) и Восточно-Крымская ВЭС (установленная электрическая мощность 2 МВт).

Солнечная энергетика

Из всех источников альтернативной энергии просто-таки неиссякаемым представляется источник энергии солнца. На постсоветских просторах более чем наш полуостров солнечными лучами обласканы только среднеазиатские пустыни. И не случайно ещё во времена энергетического изобилия именно в Крыму советские ученые решились на смелый эксперимент и «направили пустое сияние солнца на нужды социалистического строительства». 1986 году недалеко от посёлка Ленино появилась первая в СССР солнечная электростанция мощностью 5 МВт. Общая площадь зеркал СЭС-5 составляла 40 тыс. кв. м и к моменту демонтажа в 1995 г. Из-за экономического кризиса выработала более 2 млн. кВт/ч электроэнергии.

Активнее всего в Крыму развивается солнечная энергетика: австрийской компанией введены в эксплуатацию станции «Родниковое» и «Перово» в Симферопольском районе и «Охотниково» в Сакском. Эксперты говорят, что проект реализуется именно в нашем регионе из-за высокой солнечной активности: к примеру, в районе станции «Охотниково» 274 солнечных дня в году. Оптимизм внушает и тот факт, что этот показатель в Крыму выше, чем в Германии, которая является мировым лидером в данной области. Крым- благоприятный регион для развития солнечной энергетики. Здесь высокий уровень иррадиации около 1400 кВт-ч в год на один квадратный метр. Если перевести это количество в нефтяной эквивалент, то можно сказать, что за год выпадает около 10 см нефти.

Солнечный парк «Охотниково»- это четвертая по величине в Европе солнечная электростанция. Станция впечатляет синие панели из поликристаллического кремния тянутся до самого горизонта. Земля красно-желтая: солнечный парк построен на месте заброшенного карьера. Во избежание пожаров трава на станции скошена, между модулями посыпанные гравием дорожки. Модули расположены под углом 25 градусов и направлены на юг. Когда станция работает на полную мощность, она производит больше энергии, чем Симферопольская ТЭС. А зимой солнечный парк работает только на 40% мощности. Максимальная выработка с марта по октябрь, при этом электричество получают вне зависимости от температуры воздуха. Парк занимает 160 га (примерно 207 футбольных полей), однако построена она на земле, непригодной для сельского хозяйства. Общая мощность трех станций обеспечивает электричеством 38 тыс. домохозяйств.

Крым нуждается в новых энергомощностях. Особенно высокий спрос на электричество в летнюю пору, вызванный в основном наплывом туристов и интенсивным использованием кондиционеров».

Геотермальная энергия.

На территории Крыма 11 геотермальных скважин, которые можно использовать для теплоснабжения и водоснабжения. По прогнозам, их общая энергетическая мощность около 1000 МВт. Уже существует проект реконструкции системы теплоснабжения с использованием термальных вод в селе Медведевка (Джанкойский р-н). Благодаря этому 11 объектов социально-культурной сферы будут отапливаться термальными водами. Для локального теплоснабжения используют тепло поверхностного слоя грунта устанавливают тепловые насосы. Так сейчас отапливается Дом культуры в Геройском (Сакский р-н). На глубине в 1,5 метра находится теплообменник полиэтиленовые трубы диаметром 3 см и протяженностью 4200 м.Проект окупится за пять лет. Кроме того, футбольное поле, под которым расположен теплообменник, используется по назначению даже зимой. Но главное- это здоровье 135 ребят, занимающихся в творческих коллективах дома культуры. Благодаря теплу в помещении они стали намного реже болеть.

Ветроэнергетика.

Второе место на полуострове в структуре возобновляемых источников энергии занимает ветроэнергетика. В Крыму очень высокий ветропотенциал: площадь территорий, на которых можно строить эффективные ВЭС, составляет около 2300 км² этого достаточно для создания ветроэлектростанций общей мощностью около 10 000 МВт.

В Крыму ещё 80 лет назад заработала первая советская ветроэлектростанция мощностью 100 кВт. Она была построена на Каранских высотах у Балаклавы и на то время считалась самой мощной в Европе. Позже в 1935 году на Ай-Петри началось строительство ВЭС мощностью 10 тыс. кВт, но реализации этого грандиозного проекта помешала война. К сожалению, потом ветроэнергетика в Крыму так и не возродилась, и передовые позиции в этой отрасли были нами утрачены. Ветряки надолго оказались в тени железобетонных монстров АЭС… К энергии ветра вернулись после распада СССР. В 1992 году крымские энергетики договорились с американцами о поставках ветроустановок.

Сегодня на полуострове 4 госпредприятия ветроэнергетики, которые эксплуатируют семь ВЭС с 544 ветроагрегатами: Донузлавская ВЭС (суммарная мощность 18,7 МВт), «Водэнергоремналадка» (26 МВт), Тарханктская ВЭС (15,9 МВт), и Восточно-Крымская ВЭС. С начала эксплуатации они выработали более 300 млн. кВт/ч. Кроме того существуют 16 проектов по строительству ВЭС с использованием ветроустановок каждая мощностью 2–3 МВт. Если эти проекты будут реализованы, они принесут полуострову более 5 тыс. МВт. Теоретически, заявленная мощность способна обеспечить практически весь Крым электроэнергией.

В 2010 году много говорили о том, что планируется объединить четыре государственные ветроэлектростанции в Крымскую энергогенерирующую компанию, как флагман в вопросе развития ветроэнергетики в Крыму. Объединение позволило бы эффективнее управлять этими предприятиями, что определенно принесло бы Крыму экономическую пользу и позволило снизить энергозависимость региона. Однако объединения не произошло

Биоэнергетика.

В Крыму готовы развивать и биоэнергетику. Только урожай стеблей и соломы от зерновых и масленичных культур на полуострове составляет более 1 млн. т., притом по сельскому хозяйству необходимо всего 600 тыс. т. По расчетам экспертов, потенциал биомассы соломы лишних 450 тыс. т. мог бы ежегодно компенсирован затраты на использование нескольких миллионов кубометров природного газа.

Речь о котельных, которые вместо традиционного топлива используют биотопливо. Это так называемые пеллеты или их еще называют евродровами или топливными брикетами. Пеллеты- это спрессованные отходы лесной промышленности и сельского хозяйства: кора, опилки, стружки, шелуха, опавшая листва, жмых, шишки. Продукция, конечно, недешевая, но себестоимость энергии, выработанной при сгорании пеллет, в полтора раза меньше, чем от газа, и в три раза меньше, чем при сгорании дизельного топлива. Кроме того, эксперты считают, что сжигание пеллет одной семьей в течение года при переходе с природного газа позволяет значительно снизить выбросы углекислого газа.

 7. Исследовательская работа

Цель: Какие источники альтернативной энергии учащиеся средней школы знают? Где наиболее распространено их использование? Какие районы России обладают потенциалом использования альтернативной энергии?

Ход работы: Для начала мною были заданы вопросы о альтернативной энергетики.

Вопрос 1: Что такое альтернативные источники энергии и для чего они нужны? (См. Приложение 7,8)

Вывод: Из всех 71 опрошенных 43 дали ответ близкий к определению, т.е. больше половины знают ,что такое альтернативные источники и для чего они используются. 

Вопрос 2: Какие источники вы знаете? (См. Приложение 9)

Вывод: Из диаграммы следует, что все участники опроса знакомы с АИЭ.

Вопрос 3: Назовите районы России с наиболее высоким потенциалом использования альтернативных источников? (См. Приложение 10 )

Вывод: Их полученных данных мы видим, что лидером по использованию в будущем и настоящем, является Северный Кавказ, за ним следует Дальневосточный экономический район  и Поволжье. Действительно, районами с наиболее высоким потенциалом для развития производства энергии можно назвать Юго-Запад России, Южную Сибирь и Дальний Восток.

Вопрос 4: Какие страны активно используют альтернативную энергию? (См. Приложение 11)

Вывод: Больше всего альтернативной энергии вырабатывают:

1.     США (24,7%) – (все типы ресурсов, более всего задействован солнечный свет).

2.     Германия – 11,7% (все виды альтернативных ресурсов).

3.     Испания – 7,8% (ветряные источники).

4.     Китай – 7,6% (все типы источников, половина из них – ветряная энергетика).

5.     Бразилия – 5% (биотопливо, солнечные и ветряные источники).

Вопрос 5: Какой источник энергии имеет наибольший потенциал? (См. Приложение 12)

Вывод: По мнению ученых к 2030 году 50 % всей чистой энергии будет вырабатывать ветроэнергетика .

Заключение

Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к использованию нетрадиционных, альтернативных источников энергии. Они экологичны и возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли, воды и воздуха.

Неоспорима роль энергии в поддержании и дальней­шем развитии цивилизации. Сегодня активно проводятся исследования всех возможных восстанавливаемых источников энергии. В некоторых случаях результаты даже выглядят весьма оптимистично и позволяют надеяться на определенные изменения.

Можно не сомневаться, что в будущем наши потомки полностью перейдут на альтернативные источники энергии и энергетика станет экологически чистой и абсолютно безопасной для природы и человека. Будущее энергетики – это чистая энергия возобновляемых природных ресурсов.

Приложение

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Приложение 9

Приложение 10

Приложение 11

Приложение 12

Литература

1. Копылов В.А. География промышленности России и стран СНГ. Учебное пособие. – М.: Маркетинг, 2001 – 184 с.

2. Видяпин М.В., Степанов М.В. Экономическая география России. – М.: Инфра – М., 2002 – 533 с.

3. Морозова Т.Г. Экономическая география России – 2 -е изд., ред.- М.: ЮНИТИ, 2002 – 471 с.

4. В. Володин, П. Хазановский Энергия, век двадцать первый.-М 1998

5. А. Голдин «Океаны энергии». М: ЮНИТИ 2000

6. Попов В. Биосфера и проблемы ее охраны. Казань. 1981.

7. Л. С. Юдасин. Энергетика: проблемы и надежды. М: ЮНИТИ. 1999.

Интернет-ресурсы

8. https://alternativenergy.ru/

9. http://m.innoros.ru/infographics/alternativnye-istochniki-energii

10. http://www.repowermap.org/