Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Проектная работа"ЕгоВеличество - Солнце"

Проектная работа"ЕгоВеличество - Солнце"


До 7 декабря продлён приём заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)

  • Физика

Название документа Его Величество - Солнце.ppt

 Проектная работа «Его Величество – Солнце» МБОУ СОШ д. Вахонино
Над проектом работали: Белозёрова Татьяна Прорехина Виктория Баннов Александр...
Никола Тесла «Наш мир погружен в огромный океан энергии, мы летим в бесконечн...
Цель проекта: изучить высокоэффективные и экономичные источники энергии
Задачи проекта: Изучить различные источники энергии и электростанции с точки...
Работа над проектом Группы: 1) Исследователи: экономисты; историки; экологи;...
Электростанции Теплоэлектростанции (ТЭС) Атомные электростанции (АЭС)
Гидроэлектростанции (ГЭС) Приливные электростанции
Ветряные электростанции Геотермальные электростанции
Биоэнергетические электростанции
Солнечные электростанции
Первичные источники. Список и область применения . Не возобновляемые источни...
Возобновляемые ресурсы Пресная вода	Относительно большое (пресная водя состав...
Ветер	Большое, но зависит от наличия постоянного сильного ветра	Береговые и о...
Принцип действия электростанций: Не возобновляемые ресурсы 	Как приводится в...
Возобновляемые ресурсы 	 На гидроэлектростанциях	Водой, движущейся из-за пере...
Какие первичные источники энергии использовались больше всего в 2014 году в...
Объем электроэнергии, произведенный Россией в 2014 году (Твт*ч) Источник объё...
Электростанции	Географическое расположение 	Доля выработки энергии в мире	Эко...
Прогноз на 20 лет вперёд Производство электроэнергии в наши дни приблизительн...
Анализируя данные об использовании энергоресурсов на Земле, мы выяснили, что...
Солнце в мире
 Итак, его Величество - Солнце!
Некоторые данные о Солнце Температура ядра солнца достигает 15 млн. градусов...
Энергия в доме. Укрощение светила.
Солнечные тепловые электроустановки
Тепловые солнечные панели
Бытовые приборы и устройства.
Бытовые приборы и устройства
Исследуя проблему использования различных источников энергии, мы пришли к выв...
1 из 31

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1  Проектная работа «Его Величество – Солнце» МБОУ СОШ д. Вахонино
Описание слайда:

Проектная работа «Его Величество – Солнце» МБОУ СОШ д. Вахонино

№ слайда 2 Над проектом работали: Белозёрова Татьяна Прорехина Виктория Баннов Александр
Описание слайда:

Над проектом работали: Белозёрова Татьяна Прорехина Виктория Баннов Александр Михайловский Владимир Баринов Сергей Яремчук Наталья Гореликов Игорь Гусева Елена Руководитель: Гореликова Оксана Николаевна, учитель физики МБОУ СОШ д. Вахонино

№ слайда 3 Никола Тесла «Наш мир погружен в огромный океан энергии, мы летим в бесконечн
Описание слайда:

Никола Тесла «Наш мир погружен в огромный океан энергии, мы летим в бесконечном пространстве с непостижимой скоростью. Всё вокруг вращается, движется — всё энергия. Перед нами грандиозная задача — найти способы добычи этой энергии. Тогда, извлекая её из этого неисчерпаемого источника, человечество будет продвигаться вперёд гигантскими шагами».

№ слайда 4 Цель проекта: изучить высокоэффективные и экономичные источники энергии
Описание слайда:

Цель проекта: изучить высокоэффективные и экономичные источники энергии

№ слайда 5 Задачи проекта: Изучить различные источники энергии и электростанции с точки
Описание слайда:

Задачи проекта: Изучить различные источники энергии и электростанции с точки зрения энергоэффективности, экологии, экономичности. Найти высокоэффективные и экономичные технологии использования источников энергии. Применить данные технологи для работы с моделью « Усадьба будущего».

№ слайда 6 Работа над проектом Группы: 1) Исследователи: экономисты; историки; экологи;
Описание слайда:

Работа над проектом Группы: 1) Исследователи: экономисты; историки; экологи; географы; физики; 2) Технологи: проектировщики; конструкторы. Этапы: Постановка целей и задач, объединение групп; Анализ различных источников энергии; Изучение электростанций; Обработка информации; Разработка и проектирование модели «Усадьба будущего»; Изготовление макета«Усадьба будущего»;

№ слайда 7 Электростанции Теплоэлектростанции (ТЭС) Атомные электростанции (АЭС)
Описание слайда:

Электростанции Теплоэлектростанции (ТЭС) Атомные электростанции (АЭС)

№ слайда 8 Гидроэлектростанции (ГЭС) Приливные электростанции
Описание слайда:

Гидроэлектростанции (ГЭС) Приливные электростанции

№ слайда 9 Ветряные электростанции Геотермальные электростанции
Описание слайда:

Ветряные электростанции Геотермальные электростанции

№ слайда 10 Биоэнергетические электростанции
Описание слайда:

Биоэнергетические электростанции

№ слайда 11 Солнечные электростанции
Описание слайда:

Солнечные электростанции

№ слайда 12 Первичные источники. Список и область применения . Не возобновляемые источни
Описание слайда:

Первичные источники. Список и область применения . Не возобновляемые источники. Первичный источник Количество на планете Где происходит переработка в электроэнергию Другие возможные применения для получения энергии Нефть (ископаемые) Ограничено Теплоэлектростанции Производство топлива (бензина и дизеля) для транспорта Уголь (ископаемые) Ограничено Теплоэлектростанции Производство транспортного топлива путем сжигания угля Природный газ (ископаемые) Ограничено Теплоэлектростанции Производство Транспортного топлива (метан) Уран Ограничено Атомные электростанции Повторное использование отработанной АЭС горячей воды в сельском хозяйстве и животноводстве. Опреснение морской воды для получения питьевой. Выработка водорода

№ слайда 13 Возобновляемые ресурсы Пресная вода	Относительно большое (пресная водя состав
Описание слайда:

Возобновляемые ресурсы Пресная вода Относительно большое (пресная водя составляет 2.5% от всех запасов воды на планете) и зависит от количества выпадения осадков, климата и орографии Гидроэлектростанции различных типов: русловые, гидроаккумулирующие и плотинные Выработка электроэнергии в домашних условия при помощи мини/микроплотин Соленая вода Большое, но зависит от определенных условий (приливы — отливы, морские течения) Электростанции, построенные в открытом море или океане Солнце Очень большое, но зависит от многих параметров (метеорологические условия, географическое положение) Электростанции на фотоэлементах и гелиотермальный электростанции Выработка электроэнергии в домашних условиях при помощи солнечных батарей. Использование солнечных водонагревателей. Выработка водорода.

№ слайда 14 Ветер	Большое, но зависит от наличия постоянного сильного ветра	Береговые и о
Описание слайда:

Ветер Большое, но зависит от наличия постоянного сильного ветра Береговые и оффшорные(морские) ветряные электростанции, расположенные на ветряных районах Выработка электроэнергии в домашних условиях при помощи мини/микро ветряных генераторов Выработка водорода Биомасса Большое но зависит от реально доступного количества. В случае с биомассой древесного происхождения необходимо позаботится о создании новых лесных насаждений Электростанции работающие на биомассе или же ТЭС, использующие биомассу вместе с ископаемыми ресурсами Обогрев зданий Применение в промышленном производстве Производство биотоплива для транспорта Тепло недр Земли Относительно большое, но зависит от определенных геологических условий Геотермальные электростанции Нагрев воды для домашнего хозяйства, общественных заведений (бассейнов) промышленных и агропромышленных предприятий Обогрев и охлаждение зданий при помощи тепловых насосов

№ слайда 15 Принцип действия электростанций: Не возобновляемые ресурсы 	Как приводится в
Описание слайда:

Принцип действия электростанций: Не возобновляемые ресурсы Как приводится в движение турбина? На теплоэлектростанциях Паром получаемым путём нагрева воды тепловой энергией, образующейся при сгорании ископаемых ресурсов (нефть, природный газ, уголь) На атомных электростанциях Паром, получаемым путем нагрева воды тепловой энергией, образующейся от контролируемого расщепления атомов урана

№ слайда 16 Возобновляемые ресурсы 	 На гидроэлектростанциях	Водой, движущейся из-за пере
Описание слайда:

Возобновляемые ресурсы На гидроэлектростанциях Водой, движущейся из-за перепада высоты водохранилища или из-за сильного естественного течения На приливных электростанциях Морскими течениями и приливами/отливами На ветряных электростанциях Силой ветра, которая приводит в движение лопасти ветрогенератора На гелиотермальных (солнечных) электростанциях Паром, получаемым путем нагрева воды солнечным светом в специальных сосудах, где она хранится при высокой температуре На геотермальных станциях Водяным паром, который в некоторых областях планеты понимается из недр земли на поверхность самостоятельно или при помощи специальных конструкций. Биоэнергетические электростанции (работающие на биомассе) Водяным паром, получаемым при сжигании биомассы, например городского мусора, не подлежащего переработке, или сельскохозяйственных отходов, например косточки оливок. В некоторых случаях биомассу используют вместе с ископаемыми ресурсами на теплоэлектростанциях.

№ слайда 17 Какие первичные источники энергии использовались больше всего в 2014 году в
Описание слайда:

Какие первичные источники энергии использовались больше всего в 2014 году в мире? Источник МТНЭ (миллион ТНЭ) 1 Нефть 3.882 2 Уголь 3.278 3 Природный газ 2.654 4 Энергия воды 740 5 Атомная энергия 610 Всего в мире: 11.164 МТНЭ (более 11 миллиардов ТНЭ)

№ слайда 18 Объем электроэнергии, произведенный Россией в 2014 году (Твт*ч) Источник объё
Описание слайда:

Объем электроэнергии, произведенный Россией в 2014 году (Твт*ч) Источник объёма Произведенная электроэнергия (ТВт*ч) % от общего Ископаемые ресурсы 650 66% Гидроэнергетика 170 17% Атомная энергия 165 16% Биомасса (включая твердые городские и промышленные отходы) 2 <1% Геотермальные источники 0.485 <1% Энергия ветра 0.015 <1% Общий объем 989.5 ТВт*ч в год Из них от возобновляемых источников 170,8 ТВт*ч в год 17%

№ слайда 19 Электростанции	Географическое расположение 	Доля выработки энергии в мире	Эко
Описание слайда:

Электростанции Географическое расположение Доля выработки энергии в мире Экологический аспект Экономический аспект Теплоэлектростанции + + - - Атомные + + +/- + Гидроэлектростанции - + + + Приливные - - + + Ветряные + - + +/- Солнечные +/- - + + Геотермальные - - + + Биоэнергетические + - +/- +

№ слайда 20
Описание слайда:

№ слайда 21 Прогноз на 20 лет вперёд Производство электроэнергии в наши дни приблизительн
Описание слайда:

Прогноз на 20 лет вперёд Производство электроэнергии в наши дни приблизительно на 68 % зависит от ископаемых ресурсов. По прогнозам, в 2035 году ископаемые ресурсы оставят за собой лидирующее положение (65 %). Таким образом, до 2035 года уголь и природный газ останутся основными ресурсами для выработки электроэнергии. Это негативно отражается на ситуации с выбросом парниковых газов, и в будущем улучшение не ожидается. Хотя самым используемым первичным энергоресурсом останется нефть, в основном из-за широкого применения в качестве транспортного топлива.

№ слайда 22 Анализируя данные об использовании энергоресурсов на Земле, мы выяснили, что
Описание слайда:

Анализируя данные об использовании энергоресурсов на Земле, мы выяснили, что 1,5 миллиарда человек (а это 1/5 населения Земли) до сих пор не имеют возможности пользоваться электричеством. Приблизительно 85% из них живут в сельской местности в основном в центральной Африке и Южной Азии.

№ слайда 23 Солнце в мире
Описание слайда:

Солнце в мире

№ слайда 24  Итак, его Величество - Солнце!
Описание слайда:

Итак, его Величество - Солнце!

№ слайда 25 Некоторые данные о Солнце Температура ядра солнца достигает 15 млн. градусов
Описание слайда:

Некоторые данные о Солнце Температура ядра солнца достигает 15 млн. градусов по Цельсию. Температура наружной поверхности Солнца в среднем составляет 6000 градусов. Солнце похоже на огромный ядерный реактор, в котором водород превращается в гелий.

№ слайда 26 Энергия в доме. Укрощение светила.
Описание слайда:

Энергия в доме. Укрощение светила.

№ слайда 27 Солнечные тепловые электроустановки
Описание слайда:

Солнечные тепловые электроустановки

№ слайда 28 Тепловые солнечные панели
Описание слайда:

Тепловые солнечные панели

№ слайда 29 Бытовые приборы и устройства.
Описание слайда:

Бытовые приборы и устройства.

№ слайда 30 Бытовые приборы и устройства
Описание слайда:

Бытовые приборы и устройства

№ слайда 31 Исследуя проблему использования различных источников энергии, мы пришли к выв
Описание слайда:

Исследуя проблему использования различных источников энергии, мы пришли к выводу, что солнечная энергия – возможно, один из тех видов энергии, за которым будущее человечества! 

Название документа Проектная работа Отправить..doc

Поделитесь материалом с коллегами:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа д.Вахонино









Проектная работа

«Его Величество -Солнце»



Над проектом работали:
обучающиеся МБОУ СОШ д. Вахонино:

Белозёрова Татьяна, Прорехина Виктория, Гусева Елена,
Баннов Александр,
Михайловский Владимир,
Баринов Сергей, Яремчук Наталья.
Обучающийся МБОУ СОШ с. Завидово Гореликов Игорь.



Руководитель: О. Н. Гореликова,
учитель физики
МБОУ СОШ д.Вахонино



2015 г.

Содержание

1.ТЭС и АЭС _________________________________________________-5

1.1. История АЭС______________________________________________-6

1.2. История ТЭС______________________________________________7

1.3. Принцип работы___________________________________________8

2. Приливные и гидроэлектростанции____________________________8

2.1. Приливные электростанции__________________________________8

2.2. Гидроэлектростанции_______________________________________9

2.2.1. Особенности ГЭС_________________________________________10

2.2.2. Виды ГЭС_______________________________________________10

3. Геотермальные и ветряные электростанции______________________12

3.1.Геотермальные электростанции или что такое геотермальная энергия?_12

3.1.1.Геотермальные электростанции - принципы работы_______________14

3.1.2.Будущее геотермального электричества_________________________15

3.2. Ветряные электростанции_____________________________________15

3.2.1.Типы ветровых электростанций________________________________16

3.2.2.Преимущества и недостатки ветряных электростанций____________18

4.Биоэнергетические электростанции__________________________________21

5.Солнечные электростанции__________________________________________24

5.1.Солнечная энергетика ____________________________________________25

5.2. Распространение солнечной энергетики_____________________________25

5.3.Альтернативное мнение на перспективы солнечной энергетики через 40 лет__27

5.4. Развитие солнечной энергетики в России______________________________28

5.5.Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов____29.

6. Результаты исследований в таблицах ____________________________________32

7. Актуальность темы_____________________________________________________40

8. Вывод_______________________________________________________________41

Пояснительная записка

«Наш мир погружен в огромный океан энергии,

мы летим в бесконечном пространстве

с непостижимой скоростью.

Всё вокруг вращается, движется — всё энергия.

Перед нами грандиозная задача

найти способы добычи этой энергии.

Тогда, извлекая её из этого неисчерпаемого

источника, человечество будет

продвигаться вперёд гигантскими шагами».
Никола Тесла.



Цель проекта:

  • изучить высокоэффективные и экономичные источники энергии;

Задачи:

  • Изучить различные источники энергии и электростанции с точки зрения энергоэффективности, экологии, экономичности.

  • Найти высокоэффективные и экономичные технологии использования источников энергии.

  • Применить данные технологи для работы с моделью « Усадьба будущего».



Этапы работы над проектом:

  • Постановка целей и задач, объединение групп;

  • Анализ различных источников энергии;

  • Изучение электростанций;

  • Обработка информации;

  • Разработка и проектирование модели «Усадьба будущего»;

  • Изготовление макета «Усадьба будущего»;



Группы:


1. Исследователи:

  • экономисты;

  • историки;

  • экологи;

  • географы;

  • физики.


2. Технологи:

  • проектировщики;

  • конструкторы.





























Исследование различных источников энергии и электростанций с точки зрения энергоэффективности, экологии, экономичности, географического расположения.

1. ТЭС и АЭС

Теплова́я электроста́нция (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Атомная электростанция (АЭС) —  электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. 

Географическое положение.

В 31 стране мира эксплуатируется 192 атомная электростанции. Большая часть расположена на западе Европы и в Северной Америки.

1.1.История АЭС.

В СССР во второй половине 40-х гг., еще до окончания работ по созданию первой атомной бомбы (ее испытание, как известно, состоялось 29 августа 1949 года), советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика.

В 1948 г. по предложению И.В. Курчатова и в соответствии с заданием партии и правительства начались первые работы по практическому применению энергии атома для получения электроэнергии.

В мае 1950 года близ поселка Обнинское Калужской области начались работы по строительству первой в мире АЭС.

Первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в СССР, в городе Обнинск, расположенном в Калужской области. В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди дал ток потребителям. В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969. В 1973 г. запущена Ленинградская АЭС.

За пределами СССР первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания).Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте(США).
Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (788,6 млрд кВт·ч/год), Франция (426,8 млрд кВт·ч/год), Япония (273,8 млрд кВт·ч/год), Германия (158,4 млрд кВт·ч/год) и Россия (154,7 млрд кВт·ч/год).

На начало 2004 года в мире действовал 441 энергетический ядерный реактор, российское ОАО «ТВЭЛ» поставляет топливо для 75 из них.

Крупнейшая АЭС в Европе — Запорожская АЭС у г. Энергодар (Запорожская область, Украина), строительство которой начато в 1980 г. и на середину 2008 г. работают 6 атомных реактора суммарной мощностью 5,7 ГигаВатт.

Крупнейшая АЭС в мире Касивадзаки-Карива по установленной мощности (на 2008 год) находится в Японском городе Касивадзаки префектуры Ниигата — в эксплуатации находятся пять кипящих ядерных реакторов (BWR) и два продвинутых кипящих ядерных реакторов (ABWR), суммарная мощность которых составляет 8,212 ГигаВатт.

1.2. История ТЭС.

Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке (1882 год), а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России (Санкт - Петербург). С момента своего появление, именно ТЭС получили наибольшее распространение, учитывая все увеличивающуюся энергетическую потребность наступившего техногенного века. Вплоть до середины 70-х годов прошлого века, именно эксплуатация ТЭС являлась доминирующим способом получения электроэнергии. К примеру, в США и СССР доля ТЭС среди всей получаемой электроэнергии составляла 80%, а во всем мире – порядка 73-75%.

Выработка электроэнергии.

США (836,63 млрд кВт·ч/год), работает 104 атомных реактора (20 % от вырабатываемой электроэнергии).


Экономический аспект.

Строительство ТЭС и АЭС является одним из самых дорогих производства электроэнергии и самая главная проблема в том, как сделать производство дешевле.


Экологическая аспект.

С экологической точки зрения ТЭС и АЭС являются наиболее чистыми среди других ныне действующих энергетических комплексов. Хотя АЭС экологически более чистые, чем просто электростанции, они таят в себе большую потенциальную опасность в случае серьезных аварий. С использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Это, прежде всего энергия Солнца и ветра, тепло земных недр, тепловая и механическая энергия океана.



1.3. Принцип работы.

ТЭС - Согласно общепринятому определению, тепловые электростанции – это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

АЭС - Принцип работы атомной электростанции очень прост – это обычное преобразование тепловой энергии в электрическую. Иными словами АЭС работают по тому же принципу, что и обычные тепловые электростанции, с одним лишь отличием – для нагрева воды используется энергия, получаемая при распаде ядер урана. Источником тепловой энергии в АЭС служит ядерный реактор, в котором протекает управляемая ядерная реакция. Сама реакция протекает по цепному механизму: деление одного ядра самопроизвольно вызывает деление других ядер. Цепная реакция сама себя поддерживает, и может длиться до полного распада всех ядер вещества. А управление сводится лишь к регулированию её скорости и, соответственно, мощности, а также к произвольной её остановке в случае необходимости.

2. Приливные и гидроэлектростанции.

2.1.Прили́вная электроста́нция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.

Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что может привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли кинетическая энергия ее вращения (~1029 Дж) настолько велика, что работа приливных станций суммарной мощностью 1000 ГВт будет увеличивать длительность суток лишь на ~10−14 секунды в год, что на 9 порядков меньше естественного приливного торможения (~2·10−5 с в год).

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

В СССР (России) c 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляла 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС в губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове мощностью 12 МВт. В советское время также были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире — проектная мощность 87 ГВт.

Существуют ПЭС и за рубежом — во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии реки Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, ее длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Сен-Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт.

Другие известные станции: южнокорейская Сихвинская ПЭС (мощность 254 МВт), британская СиДжен, канадская ПЭС Аннаполис и норвежская ПЭС Хаммерфест.

Преимуществами ПЭС являются экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.

2.2.Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным потоком воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определённое деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

2.2.1.Особенности ГЭС.

  • Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.

  • Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют плавно изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.

  • Сток реки является возобновляемым источником энергии.

  • Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.

  • Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.

  • Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).

  • Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

  • Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.

  • Водохранилища делают климат более умеренным.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

2.2.2. Виды ГЭС.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

  • Плотинные ГЭС. Это наиболее распространённые виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

  • Приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

  • Деривационные ГЭС. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

  • Гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъёмники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации, и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций. 

Преимущества:

  • использование возобновляемой энергии;

  • очень дешевая электроэнергия;

  • работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу;

  • быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки:

3. Геотермальные и ветряные электростанции.

3.1.Геотермальные электростанции или что такое геотермальная энергия?

Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 0С каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно как для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650 0С. Скорость остывания Земля примерно равна 300-350 0С в миллиард лет. Земля содержит 42 х 1012 Вт тепла, из которых 2% содержится в коре и 98% - в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое находится слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.Устройство геотермальных электростанций

Существует несколько способов получения энергии на ГеоТЭС:

  • Прямая схема: пар направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами;

  • Непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;

  • Смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации из воды удаляют не растворившиеся в ней газы.

  • Бинарная схема: в качестве рабочего тела используется не термальная вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения. Термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости, используемый для вращения турбины.

Геотермальные электростанции и геотермальные ресурсы.

Чем глубже скважина, тем выше температура, но в некоторых местах геотермальная температура поднимается быстрее. Такие места обычно находятся в зонах повышенной сейсмической активности, где сталкиваются или разрываются тектонические плиты. Именно поэтому наиболее перспективные геотермальные ресурсы находятся в зонах вулканической активности. Чем выше геотермический градиент, тем дешевле обходится добыча тепла, за счет уменьшения расходов на бурение и качание. В наиболее благоприятных случаях, градиент может быть настолько высок, что поверхностные воды нагреваются до нужной температуры. Примером таких случаев служат гейзеры и горячие источники.

Ниже земной коры находится слой горячего и расплавленного камня называемый магмой. Тепло возникает там, прежде всего, за счет распада природных радиоактивных элементов, таких как уран и калий. Энергетический потенциал тепла на глубине 10 000 метров в 50 000 раз больше энергии, чем все мировые запасы нефти и газа.

Зоны наивысших подземных температур находятся в регионах с активными и молодыми вулканами. Такие «горячие точки» находятся на границах тектонических плит или в местах, где кора настолько тонка, что пропускает тепло магмы. Множество горячих точек находится в зоне Тихоокеанского кольца, которое еще называют «огненное кольцо» из-за большого количества вулканов.

Геотермальные электростанции -  способы использования
геотермальной энергии.

Существует два основных способа использования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство электроэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным способом. Практика прямого использования тепла широко распространенна в высоких широтах на границах тектонических плит, например в Исландии и Японии. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, сушки одежды и обогрева теплиц и жилых строений. Способ производства электричества из геотермальной энергии очень похож на способ прямого использования. Единственным отличием является необходимость в более высокой температуре (более 150 0С).

В Калифорнии, Неваде и некоторых других местах геотермальная энергия используется на больших электростанциях, Так, в Калифорнии около 5% электричества вырабатывается за счет геотермальной энергии, в Сальвадоре геотермальная энергия производит около 1/3 электроэнергии. В Айдахо и Исландии геотермальное тепло используется в различных сферах, в том числе и для обогрева жилья. В тысячах домах геотермальные тепловые насосы используются для получения экологически чистого и недорогого тепла.

Геотермальные электростанции -  источники геотермальной энергии.

Сухая нагретая порода – Для того, чтобы использовать энергию в геотермальных электростанциях, содержащуюся в сухой скальной породе, воду при высоком давлении закачивают в породу. Таким образом, расширяются существующие в породе изломы, и создается подземный резервуар пара или горячей воды.

Магма – расплавленная масса, образующаяся под корой Земли. Температура магмы достигает 1 200 0С. Несмотря на то, что небольшие объемы магмы находятся на доступных глубинах, практические методы получения энергии из магмы находятся на стадии разработки.

Горячие, находящиеся под давлением, подземные воды, содержащие растворенный метан. В производстве электроэнергии используются и тепло, и газ.

3.1.1.Геотермальные электростанции - принципы работы.

В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры. Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину/генератор. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару.

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном пару. Пар поступает непосредственно в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке и хранении топлива). Это старейшие геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная геотермальная электростанция в мире.

Геотермальные электростанции на парогидротермах.

Для производства электричества на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

Геотермальные электростанции с бинарным циклом производства электроэнергии.

Большинство геотермальных районов содержат воду умеренных температур (ниже 200 0С). На электростанциях с бинарным циклом производства эта вода используется для получения энергии. Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

3.1.2.Будущее геотермального электричества.

Резервуары с паром и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных ресурсов. Земная магма и сухая твердая порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными производителями геотермальной электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом. Чтобы геотермальное электричество стало ключевым элементом энергетической инфраструктуры США, необходимо разработать методы по уменьшению стоимости его получения. Департамент Энергетики США работает с представителями геотермальной промышленности по уменьшению стоимости киловатт-часа до $0,03-0,05. По прогнозам, в ближайшее десятилетие появятся новые геотермальные электростанции мощностью 15 000 МВт.

3.2. Ветряные электростанции.

Несколько ветроэлектрических установок, собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют «ветровыми фермами».

Исследование скорости ветра.

Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. /Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран./

Высота.

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

Экологический эффект.

При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии,Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Современные ветровые электростанции прекращают работу во вререлётамя сезонного пе птиц.

3.2.1.Типы ветровых электростанций.

Наземная.

Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность — 1550 МВт.

Прибрежная

Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Шельфовая

Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:

  • их практически не видно с берега;

  • они не занимают землю;

  • они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт]. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания)с установленной мощностью 630 МВт/

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.

Плавающая

Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Парящая

Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым.

Текущим рекордсменом считается «Парящая ветровая турбина Altaeros», которая будет установлена на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей. Этот плотный проект промышленного масштаба будет находиться на высоте 275 футов выше, чем текущий рекордсмен - Vestas V164-8.0-MW. Последний совсем недавно установил свой прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин в Остерильде /Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров). У Altaeros мощность турбины 30 кВт. этого достаточно для обеспечения энергией 12 домов. Для поднятия на такую высоту Altaeros использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием. Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты/

Горная

Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году. Высота площадки - 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт. . В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций.

3.2.2.Преимущества и недостатки ветряных электростанций.

Стоимость эксплуатации ветроэлектростанции очень низкая. Для ее успешной работы не нужен многочисленный персонал, не требуется его обучение. Покупка и регулярная замена дорогостоящих блоков также не требуется. Однажды правильно выбранное место расположения для электростанции гарантирует несколько десятилетий бесперебойной и качественной работы, получение должного объема энергии. Точность выбора места требует огромного внимания: подробный и тщательный анализ обеспечит в дальнейшем и экологичность процесса и его финансовую выгоду для собственника.

Электростанция, работающая при помощи ветра, это практически совершенно чистый объект в плане экологии. Чистота окружающей среды выражается и в системе работы, и в процессе передачи энергии, и в ее использовании. Кроме того, ветряная станция не может навредить окружающей среде даже в случае ее разрушения, что нельзя сказать о гидроэлектростанции или о станции атомной. Ветряная электростанция не производит выбросов в окружающую среду, она не изменяет ландшафт, не нарушает природную экосистему. Никаких вредных воздействий ни на территорию, ни на озоновую оболочку Земли нет.

Топливо или источник энергии у ветряной станции – возобновляемое. Это ветер, который не нужно где-либо добывать и транспортировать на место расположения станции. Поэтому финансовый эффект от работы ветряков максимальный. Транспортировать электрическую энергию приходится только до источника потребления. Практика показывает, что потребитель практически всегда находится рядом, поэтому не приходится тратить большие деньги на строительство коммуникаций. Кроме того, не происходит потерь энергии во время транспортировки, а они иногда приносят очень серьезные убытки компании-собственнику.

Вблизи от ветряной электростанции не надо выстраивать «мертвую» зону, как около других станций. Все земли можно использовать в сельскохозяйственных целях, ведь ветряки никак не вредят окружающей среде.

Расходы на получение ветряной энергии хоть и минимальны, но все же существуют. Преимущество этих расходов – их стабильность. А вот стоимость энергии для продажи постоянно растет. Следовательно, размер чистой прибыли владельцев ветряных станций постоянно растет. Причем конкурентоспособность на рынке энергии ветряной ресурс имеет очень высокую. Стоимость энергии в разы дешевле, чем та, которая получена на ГЭС, АЭС.

Недостатков немного, но противники строительства ветряков их активно муссируют в прессе. Но все эти недостатки, скорее всего, представляют собой трудности при ведении этого бизнеса, которые можно минимизировать.

Высокий входной барьер в бизнес. Для того, чтобы начать получать ветровую энергию, надо построить ветряную ферму. Предстоят затраты на высокоточные расчеты для определения местности постройки, также надо будет вложить деньги в покупку оборудования и его монтаж на выбранной территории. Именно стоимость ветряной электростанции, стоимость оборудования являются основной строкой затрат, но здесь можно воспользоваться услугами инвесторов, банковским кредитованием и пр.

Весьма существенный недостаток ветряной станции – невозможность точного прогноза, сколько электроэнергии будет получено в определенный отрезок времени. Предугадать, насколько сильным будет ветер, и будет ли он дуть вообще, невозможно. Поэтому при ведении данного вида бизнеса существуют существенные риски. Но минимизировать их можно, если тщательно выверить координаты расположения станции на стадии ее планирования. Такой анализ основывается на многолетних показаниях скорости ветра.

Многие противники ветряных станций утверждают, что лопасти издают сильный шум, который негативно влияет на окружающую среду. Но современные технологии позволили измерить уровень шума и изучить его воздействие. Оказалось, громкий звук от работы лопастей действительно присутствует, но уже на расстоянии 30 метров от источника он слышен только на уровне фона. Для сведения: фон – это уровень шума естественной окружающей среды.

Защитники птиц выступают активно против строительства ветряных станций. В этом случае аргументы также легко разбиваются об анализ вреда, наносимого другими техногенными объектами птицам. Подсчет показал, что количество птиц, попадающих под лопасти ветряков, ничем не отличается от числа пернатых, которые погибают в других местах, к примеру, на высоковольтных линиях передач.

Еще одна весьма сомнительная гипотеза противников ветряной энергии – искажение телевизионного сигнала вблизи от фермы. В современном мире все большую популярность приобретает спутниковое ТВ, цифровое ТВ, эфирного телевидения остается все меньше и меньше, поэтому приему сигнала в квартирах и домах ничто помешать не может. Очевидным плюсом ветроэнергетики является фактическая бесконечность ресурсов: пока на планете имеется атмосфера и светит Солнце, будет и движение воздушных масс, которое можно использовать для получения энергии.

Еще один несомненный плюс: экологичность. Ветряные электростанции не выделяют никаких вредных веществ, не загрязняют окружающую среду. К сожалению, их все же нельзя назвать полностью экологически безопасными, так как ветроэнергетическая установка довольно шумная, и поэтому в Европе законодательно установлен предельный уровень шума для дневного и ночного времени, который ветряные электростанции не должны превышать. Кроме того, работу ветряных электростанций приходится останавливать во время сезонного перелета птиц (на данный случай в Европе также имеется законодательное ограничение). В России подобных ограничений нет, но ветряные электростанции не располагаются поблизости от жилых домов – исходя из удобства населения.

Наряду с таким плюсом, как неисчерпаемость энергетического источника, идет и минус: эффективность работы ветряной электростанции зависит от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. К сожалению, скорость ветра изменяется в зависимости от всех этих параметров, а так как энергия ветра является кинетической, то она напрямую связана со скоростью (Е = m×v2/2) – чем выше скорость, тем, соответственно, больше энергии вырабатывает ветроустановка. Поэтому ветряные электростанции приходится использовать обычно вместе с другими источниками энергии, а также пользоваться аккумуляторами, которые принимали бы избыток энергии в ветреные дни и отдавали бы во время штиля.

В настоящий момент в России, в отличии от многих как развитых, так и развивающихся стран, использование ветроэнергетики носит весьма «умеренный» характер как по показателю установленной мощности (немногим более 10 МВт), так и по темпам развития сектора. Доля выработки электроэнергии с помощью ВЭУ в России составляет менее 0,01% от общей выработки (в Дании этот показатель более 24%). В России расположены 9 наиболее крупных ветроэнергетических станций (ВЭС) установленной мощностью от 0,2 до 5,1 МВт. Более 10 станций находятся на этапе разработки и строительства.

4.Биоэнергетические электростанции.

Биоэнергетика — это наука, изучающая механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов, энергетические процессы в биосфере.

Биомасса — общая масса растений, микроорганизмов и животных, приходящаяся на единицу площади или объема их обитания. Численно она выражается в массе сырого или сухого вещества (кг/м2; кг/га; кг/м3 и т. д.). Биомассу растений называют фитомассой, животных организмов — зоомассой. Использование фитомассы, коммунальных отходов, отходов растениеводства, получения биогаза, топливного эталона и биодизельного топлива в качестве возобновляемых ТЭР - все это вопросы, которым уделяется серьезное внимание.

Биомасса - аккумулятор энергии Солнца

Разрабатываются идеи использования биомассы растений, выращиваемых специально для энергетических целей, или сельскохозяйственные отходы и отходы других производств, используемых в качестве источника энергии, особенно для производства жидких топлив, а также для выработки электроэнергии.

В качестве биотоплива для обогрева, например, парников, давно используются соломинистый навоз, растительные остатки, торф, древесные опилки. Биомасса является важным источником для получения химических продуктов (глицерола, фурфурола, сорбитола, манитола). По мере увеличения стоимости нефтехимического сырья растет интерес к использованию в качестве сырья биомассы. В некоторых случаях спирт, полученный путем ферментации зерна, конкурирует с синтетическим спиртом, произведенным из этилена.

Системы производства и использования биомассы имеют следующие преимущества:

- способность к накоплению энергии для использования ее в любое удобное время;

- возобновляемость;

- опора на уже имеющуюся в наличии технологию при минимуме капитальных затрат;

- возможность их создания с помощью наличных ресурсов рабочей силы и материалов;

- умеренные цены;

- экологическая безвредность и безопасность;

- не увеличивается количество атмосферного углекислого газа.

Вместе с тем эти системы имеют и свои проблемы, а именно:

- конкуренция со стороны других вариантов использования земель;

- потребность в земельных площадях;

- неопределенность в отношении эксплуатационных показателей на начальной стадии;

- потребность в удобрениях, почве и воде.

Системы биомассы принесут существенные выгоды в области развития сельского и лесного хозяйств, улучшения структуры землепользования и разработки технологии биоэнергетики.

Существуют различные энергетические способы переработки биомассы:

- биохимические (спиртовая ферментация, анаэробная или аэробная переработка, биофотолиз);

- термохимические (прямое сжигание, газификация, пиролиз);

- агрохимические (экстракция топлива).

С помощью биохимического способа энергию получают из осадков сточных вод, городских отходов и твердых отходов жизнедеятельности животных. Для переработки отходов сельскохозяйственного производства и, прежде всего, навоза и навозных стоков животноводческих предприятий, особенно актуален анаэробный процесс.

При анаэробном метановом сбраживании навоза решаются три важные задачи.

Первая состоит в том, что производится хороший энергоноситель — биогаз, который даже без очистки от примесей имеет энергосодержание от 20 до 25 МДж/м3 (в среднем принимается 23 МДж/м3).

Второй полезный эффект — экологический. В сброженной массе оказываются практически обезвреженными семена сорняков и в значительной степени ликвидируются болезнетворные микроорганизмы.

Третий выигрыш заключается в том, что после анаэробной обработки получают высокоэффективное органическое удобрение повышенной биологической активности. При этом его удобрительная ценность по сравнению с традиционными формами переработки (отстаивание и естественная аэрация, компостирование) даже улучшается, т.к. потери основных питательных веществ (N,Р,К) невелики.

Переработка навоза осуществляется в биогазовых установках (БГУ). Принципы, лежащие в основе работы биогазовых установок, очень просты. Органические отходы разлагаются в закрытых реакторах под воздействием метаногенных бактерий, образуя метан, используемый для приготовления пищи и освещения. При этом в качестве ценного побочного продукта получают удобрение.

Существует три режима брожения — психрофильный (Т = 15...25°С), мезофильный (Т = 30...40°С) и термофильный (Т = 45...55°С). В процессе анаэробного брожения степень разложения органического вещества навоза не превышает 47 %. Удельный расход энергии на получение 1м3 биогаза для термофильного режима равен 5,5 кВт∙ч, что в 1,5 раза превышает энергозатраты для мезофильного режима (3,7 кВт∙ч/м3).

При использовании теплообменника с коэффициентом утилизации теплоты в пределах от 0,3 до 0,5 энергозатраты для термофильного режима можно уменьшить до уровня мезофильного. При этом время обработки навозных стоков при термофильном режиме — 5...8 суток, а при мезофильном - до 20 суток, так как метантенк для работы в термофильном режиме имеет меньший объем. Он менее материалоёмкий, его проще теплоизолировать и механизировать.

Для выработки высокого качества биогаза применяют биоэнергетические установки с дополненными элементами очистки получаемого биогаза от углекислого газа и соединений серы до состояния практически чистого метана.

Биогаз с успехом можно получать в метантенке БГУ путем анаэробного разложения фитомассы. В качестве исходного сырья здесь может использоваться льнокостра, древесные опилки, соломенная резка и другие отходы растениеводства, а также масса специально выращенных растений или водорослей. Основная причина, сдерживающая широкое внедрение БГУ на животноводческих фермах и комплексах - это большие капитальные затраты на строительство, что обуславливает большой срок окупаемости БГУ (4...8 лет) и высокую себестоимость биогаза.

В настоящее время ведутся исследования по повышению технологичности процесса метанового брожения, а также в направлении получения и использования новых, более эффективных штаммов микроорганизмов, обеспечивающих быстрое и эффективное разложение органических соединений в этом процессе.

Термохимические способы предусматривают применение процессов пиролиза и газификации, а также прямого сжигания. Эффективным процессом энергетического использования растений, является пиролиз, при котором органическое вещество нагревают до 500°С и в качестве конечного продукта получают жидкое или газообразное топливо. Продукты пиролиза, как энергоносители, более универсальны и экологичны, чем исходный материал. При агрохимическом способе происходит экстракция топлива.

Между перечисленными процессами существуют многочисленные взаимные связи. Новый подход в развитии сельского хозяйства характеризуется минимальным уровнем потерь энергетических и минеральных ресурсов, сокращением потребления химических удобрений и пестицидов, гораздо большим разнообразием выращиваемых культур, использованием аквакультуры и, самое важное, применением биотехнологии в масштабах домашнего хозяйства, деревни и целой отрасли промышленности.

Таким образом, утилизация сельскохозяйственных отходов с помощью процессов ферментации или биологического преобразования, не требующих использования топлива, может способствовать более полному удовлетворению потребностей в энергии.



5.Солнечные электростанции.

5.1.Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемые источники энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

5.2.Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

      1. Достоинства

  • Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.

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

      1. Недостатки

  • Зависимость от погоды и времени суток.

  • Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах.

  • 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/поглощающей поверхности от загрязнения.

    1. Нагрев атмосферы над электростанцией. Влияние на окружающую среду.

По некоторым сведениям, птицы регулярно погибают в воздухе над СЭС башенного типа, если они оказываются слишком близко к зоне концентрации солнечного света вокруг башни, к примеру, на СЭС Электростанция Ivanpah в Калифорнии в среднем одна птица погибает каждые 2 минуты.

      1. Фундаментальные исследования.

  • Из-за теоретических ограничений в преобразовании спектра в полезную энергию (около 30 %), для фотоэлементов первого и второго поколения требуется использование больших площадей земли под электростанции. Например, для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть несколько десятков квадратных километров (для сравнения,  гидроэнергетика, при таких же мощностях, выводит из пользования заметно большие участки земли), но строительство солнечных электростанций такой мощности может привести к изменению микроклимата в прилегающей местности и поэтому в основном устанавливаются фотоэлектрические станции мощностью 1 — 2 МВт недалеко от потребителя или даже индивидуальные и мобильные установки. Фотоэлектрические элементы на крупных солнечных электростанциях устанавливаются на высоте 1,8—2,5 метра, что позволяет использовать земли под электростанцией для сельскохозяйственных нужд, например, для выпаса скота. Проблема нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции решается в случае применения солнечных аэростатных электростанций, пригодных как для наземного, так и для морского и для высотного базирования.

  • Поток солнечной энергии, падающий на установленный под оптимальным углом фотоэлемент, зависит от широты, сезона и климата и может различаться в два раза для заселённой части суши (до трёх с учётом пустыни Сахары). Атмосферные явления (облака, туман, пыль и др.) не только изменяют спектр и интенсивность падающего на поверхность Земли солнечного излучения, но и изменяют соотношение между прямым и рассеянным излучениями, что оказывает значительное влияние на некоторые типы солнечных электростанций, например, с концентраторами или на элементах широкого спектра преобразования.

      1. Прикладные исследования.

  • Фотоэлектрические преобразователи работают днём и с меньшей эффективностью работают в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, производимая ими электроэнергия может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков на солнечных электростанциях используются эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это недостаточно решённая проблема), либо преобразуют в другие виды энергии, например, строят гидроаккумулирующие станции, которые занимают большую территорию, или концепцию водородной энергетики, которая недостаточно экономически эффективна. На сегодняшний день эта проблема просто решается созданием единых энергетических систем, которые перераспределяют вырабатываемую и потребляемую мощность. Проблема некоторой зависимости мощности солнечной электростанции от времени суток и погодных условий решается также с помощью солнечных аэростатных электростанций.

  • Сравнительно высокая цена солнечных фотоэлементов. С развитием технологии и ростом цен на ископаемые энергоносители этот недостаток преодолевается. В 19902005 гг. цены на фотоэлементы снижались в среднем на 4 % в год.

  • Поверхность фотопанелей и зеркал (для тепломашинных ЭС) нужно очищать от пыли и других загрязнений. В случае крупных фотоэлектрических станций, при их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения, но применение отполированного стекла на современных солнечных батареях решает эту проблему.

  • Эффективность фотоэлектрических элементов падает при их нагреве (в основном это касается систем с концентраторами), поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных. Также в фотоэлектрических преобразователях третьего и четвёртого поколений используют для охлаждения преобразование теплового излучения в излучение наиболее согласованное с поглощающим материалом фотоэлектрического элемента (так называемое up-conversion), что одновременно повышает КПД.

  • Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться. Отработавшие своё фотоэлементы, хотя и незначительная их часть, в основном специального назначения, содержат компонент (кадмий), который недопустимо выбрасывать на свалку. Нужно дополнительное расширение индустрии по их утилизации.

5.2. Распространение солнечной энергетики.

В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии

В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических установок

В декабре 2011 года на Украине завершено строительство последней, пятой, 20-мегаваттной очереди солнечного парка в Перово, в результате чего его суммарная установленная мощность возросла до 100 МВт . Солнечный парк Перово в составе пяти очередей стал крупнейшим парком в мире по показателям установленной мощности. За ним следуют канадская электростанция Sarnia (97 МВт), итальянскаяMontalto di Castro (84,2 МВт) и немецкая Finsterwalde (80,7 МВт). Замыкает мировую пятерку крупнейших фотоэлектрических парков — 80-мегаваттная электростанция Охотниково в Сакском районе Крыма. Ещё одна солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 года в Белгородской области

5.3.Альтернативное мнение на перспективы
солнечной энергетики через 40 лет

Процент обеспечения потребностей человечества к 2050 году электроэнергией, полученной на СЭС — это вопрос стоимости 1 кВт·ч при установке солнечной электростанции «под ключ» и развитости мировой энергетической системы, а также сравнительной привлекательности других способов получения электроэнергии. Гипотетически это может быть от 1 % до 80 %. Одно из чисел в этом диапазоне точно будет соответствовать истине.

В 2005 году мир прошел пик добычи нефти и с тех пор углеводородное сырье постепенно и неуклонно иссякает с ускоряющимися темпами в 5-7% в год, поэтому через 15-25- лет нефть и газ уже не будут массово использовать как топливо, и мир вынужден будет переходить полностью на альтернативные источники энергии.

Энергоокупаемость солнечной электростанции значительно меньше 30 лет. Так, для США, при средней мощности солнечного излучения в 1700 кВт·ч на м² в год, энергоокупаемость поликристаллического кремниевого модуля с КПД 12 % составляет менее 4 лет (данные на январь 2011)

5.4. Развитие солнечной энергетики в России.

В России перспективы развития солнечной энергетики остаются неопределенными, страна многократно отстаёт от уровня генерации европейских стран. Доля солнечной генерации составляет менее 0,001 % в общем энергобалансе. К 2020 году запланирован ввод около 1,5-2 ГВт мощностей. Общая мощность солнечной генерации может увеличиться в тысячу раз, однако составит менее 1 % в энергобалансе. Директор Ассоциации солнечной энергетики России Антон Усачев выделяет Республику АлтайБелгородскую область и Краснодарский край как наиболее развитые регионы с точки зрения солнечной энергетики. В перспективе планируется помещать установки в изолированных от энергосетей районах.

СЭС в Республике Алтай.

4 сентября 2014 года запущена в эксплуатацию Кош-Агачская солнечная электростанция, мощностью 5 МВт.

СЭС в Крыму.

Энергосистема Крыма является дефицитной, исторически основной объем потребляемой электроэнергии покрывался за счет перетоков из других регионов Украины (от Запорожской ТЭС, Запорожской АЭС, из энергосистемы Николаевской области)по четырём высоковольтным линиям электропередач.

Это влекло большие потери при транспортировке электричества. Кроме того, это сейсмически опасный регион для строительства, например, атомной электростанции.

Благодаря альтернативным источникам энергии на полуострове удалось выйти на показатель в 30 % собственно вырабатываемой энергии от общего необходимого объема, равного 1,3 ГВт (ещё в 2011 показатель находился на отметке в 7 %).

В настоящее время мощность солнечных парков в Крыму составляет 227,3 МВт. Всего альтернативными источниками энергии за первое полугодие 2013 года в Крыму выработано 175 млн кВт·ч электроэнергии, что составляет около трети всей вырабатываемой в автономии электроэнергии.

В городе Щёлкино была построена  СЭС башенного типа в качестве резервного источника электричества для планируемой там АЭС. Но по большому счету, эта станция была экспериментальной: её мощность 5 МВт. При эксплуатации этой станции было выявлено множество трудностей. Одна из них — система позиционирования отражателей практически полностью (95 %) расходовала энергию, вырабатываемую станцией. Также возникали трудности с очисткой зеркал. Вскоре эта станция прекратила своё существование и была разворована

В крымском поселке Николаевка построена  солнечная электростанция, которая обеспечит порядка 90 000 МВт·ч электроэнергии в год. Мощность нового солнечного парка в Николаевке составит 69,7 МВт. Парк охватывает более 116 га земли и состоит из 290 048 поликристаллических солнечных модулей, установленных на четырехрядной системе крепления.

В 2011 год возле села Охотниково компания Activ Solar более чем на 160 гектарах построила солнечную электростанцию «Охотниково» общей мощностью 80 МВт. Электростанция состоит из примерно 360 тыс. модулей и может вырабатывать до 100 ГВт·ч электроэнергии в год, что достаточно для обеспечения потребностей до 20 тыс. домохозяйств. Проект разделен на четыре очереди по 20 МВт каждая. Строительство первых двух очередей было завершено в июле 2011 года, третья и четвертая в октябре того же года.

Та же компания Activ Solar в январе 2012 года объявила о завершении строительства и начале ввода в эксплуатацию солнечной электростанции «Перово» на 100 МВт. По состоянию на январь 2012 года это была самая мощная электростанция в мире., но уже в июле 2012 г. мощности в 200 МВт достигла солнечная электростанция Аква Кальенте в Аризоне (США).

В конце 2013 года в Крыму запустили в эксплуатацию новую солнечную электростанцию, которая стала самой мощной на территории полуострова. Для возведения электростанции было выделено 220 га земли в Кировском районе Крымской республики. Мощность электростанции составит 110 МВт, что больше на 5 МВт, чем у СЭС в селе Перово. По словам начальника управления градостроительства, архитектуры, развития инфраструктуры Кировской райгосадминистрации Б. Панченко, строительство такого объекта позволит обеспечить работой местных жителей, а также уменьшить энергозависимость от материка.

5.5.Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:

  • СЭС башенного типа

  • СЭС тарельчатого типа

  • СЭС, использующие фотобатареи

  • СЭС, использующие параболические концентраторы

  • Комбинированные СЭС

  • Аэростатные солнечные электростанции

  • Солнечно-вакуумные электростанции

СЭС башенного типа.

Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрашен в чёрный цвет для поглощения теплового излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.

Гелиостат — зеркало площадью в несколько квадратных метров, закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар. В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 градусов. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности.

      1. СЭС тарельчатого типа.

Данный тип СЭС использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится ферменнаяконструкция приемника и отражателя. Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца. Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров, а количество зеркал — нескольких десятков (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью).

      1. СЭС, использующие фотобатареи.

СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением городов.

      1. СЭС, использующие параболоцилиндрические концентраторы

Принцип работы данных СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.

Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается параболоцилиндрическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

      1. СЭС, использующие двигатель Стирлинга.

Представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен двигатель Стирлинга. Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25 %[1]. В качестве рабочего тела используется водород или гелий.

      1. Комбинированные СЭС.

Часто на СЭС различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС.

      1. Солнечно-вакуумные электростанции.

Используют энергию воздушного потока, искусственно создаваемого путем использования разности температур воздуха в приземном слое воздуха, нагреваемого солнечными лучами в закрытом прозрачными стеклами участке, и на некоторой высоте. Состоят из накрытого стеклянной крышей участка земли и высокой башни, у основания которой расположена воздушная турбина с электрогенератором. Вырабатываемая мощность растет с ростом разности температур, которая увеличивается с высотой башни. Путём использования энергии нагретой почвы способны работать почти круглосуточно, что является их серьёзным преимуществом.

















6. Результаты исследований в таблицах.

Первичные источники. Список и область применения .

Не возобновляемые источники.

Первичный источник

Количество на планете

Где происходит переработка в электроэнергию

Другие возможные применения для получения энергии

Нефть

(ископаемые)

Ограничено

Теплоэлектростанции

Производство топлива (бензина и дизеля) для транспорта

Уголь

(ископаемые)

Ограничено

Теплоэлектростанции

Производство транспортного топлива путем сжигания угля

Природный газ

(ископаемые)

Ограничено

Теплоэлектростанции

Производство Транспортного топлива (метан)

Уран

Ограничено

Атомные электростанции

Повторное использование отработанной АЭС горячей воды в сельском хозяйстве и животноводстве.

Опреснение морской воды для получения питьевой. Выработка водорода















Возобновляемые источники энергии.

Пресная вода

Относительно большое (пресная водя составляет 2.5% от всех

запасов воды на планете) и зависит от количества выпадения осадков, климата и орографии

Гидроэлектростанции различных типов: русловые, гидроаккумулирующие и плотинные

Выработка электроэнергии в домашних условия при помощи мини/микроплотин

Соленая вода

Большое, но зависит от определенных условий (приливы — отливы, морские течения)

Электростанции, построенные в открытом море или океане


Солнце

Очень большое, но зависит от многих параметров (метеорологические условия, географическое положение)

Электростанции на фотоэлементах и гелиотермальный электростанции

Выработка электроэнергии в домашних условиях при помощи солнечных батарей.

Использование солнечных водонагревателей

Выработка водорода

Ветер

Большое, но зависит от наличия постоянного сильного ветра

Береговые и оффшорные(морские) ветряные электростанции, расположенные на ветряных районах

Выработка электроэнергии в домашних условиях при помощи мини/микро ветряных генераторов

Выработка водорода

Биомасса

Большое но зависит от реально доступного количества. В случае с биомассой древесного происхождения необходимо позаботится о создании новых лесных насаждений

Электростанции работающие на биомассе или же ТЭС, использующие биомассу вместе с ископаемыми ресурсами

Обогрев зданий

Применение в промышленном производстве

Производство биотоплива для транспорта

Тепло недр Земли

Относительно большое, но зависит от определенных геологических условий

Геотермальные электростанции

Нагрев воды для домашнего хозяйства, общественных заведений (бассейнов) промышленных и агропромышленных предприятий

Обогрев и охлаждение зданий при помощи тепловых насосов























Принцип действия электростанций.

Не возобновляемые ресурсы

Как приводится в движение турбина?

На теплоэлектростанциях

Паром получаемым путём нагрева воды тепловой энергией, образующейся при сгорании ископаемых ресурсов (нефть, природный газ, уголь)

На атомных электростанциях

Паром, получаемым путем нагрева воды тепловой энергией, образующейся от контролируемого расщепления атомов урана



Возобновляемые ресурсы


На гидроэлектростанциях

Водой, движущейся из-за перепада высоты водохранилища или из-за сильного естественного течения

На приливных электростанциях

Морскими течениями и приливами/отливами

На ветряных электростанциях

Силой ветра, которая приводит в движение лопасти ветрогенератора

На гелиотермальных (солнечных) электростанциях

Паром, получаемым путем нагрева воды солнечным светом в специальных сосудах, где она хранится при высокой температуре

На геотермальных станциях

Водяным паром, который в некоторых областях планеты понимается из недр земли на поверхность самостоятельно или при помощи специальных конструкций.

Биоэнергетические электростанции (работающие на биомассе)

Водяным паром, получаемым при сжигании биомассы, например городского мусора, не подлежащего переработке, или сельскохозяйственных отходов, например косточки оливок. В некоторых случаях биомассу используют вместе с ископаемыми ресурсами на теплоэлектростанциях.



Какие первичные источники энергии использовались больше всего в 2014 году в мире?

Источник

МТНЭ (миллион ТНЭ)

1

Нефть

3.882

2

Уголь

3.278

3

Природный газ

2.654

4

Энергия воды

740

5

Атомная энергия

610


Всего в мире

11.164 МТНЭ (более 11 миллиардов ТНЭ)







Объем электроэнергии, произведенный
Россией в 2014 году (Твт*ч)

Источник объёма

Произведенная электроэнергия (ТВт*ч)

% от общего

Ископаемые ресурсы

650

66%

Гидроэнергетика

170

17%

Атомная энергия

165

16%

Биомасса (включая твердые городские и промышленные отходы)

2

<1%

Геотермальные источники

0.485

<1%

Энергия ветра

0.015

<1%

Общий объем

989.5 ТВт*ч в год


Из них от возобновляемых источников

170,8 ТВт*ч в год

17%





















Сводные таблицы исследований электростанций.



Типы электростанций.

ТЭС (тепловые)

66–68%

 

ТЭС – тепловые, вырабатывают электрическую энергию;

ТЭЦ – электроцентрали, вырабатывающие электроэнергию + тепло (расстояние передачи тепла не более 20-30 км);

ГРЭС – государственные районные электростанции.

 

Уголь, газ, мазут, торф => по этому можно строить везде.

 

 

 

 

 

 

быстро строят, и строительство обходится дешевле, чем строительство ГЭС и АЭС;

разнообразное сырьё;

способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний;

КПД – 33%.

ГЭС (гидравлические)

17–18%

1.Виды электростанций:

ГЭС – гидроэлектростанция на равнинных и горных реках;

ГАЭС -гидроаккумулирующая станция (Загорская);

ПЭС – приливная электростанция (высоту приливов и отливов).

 

2.Сырьё:

Вода равнинных и горных рек.

Движение воды во время приливов и отливов.

3.Качественная характеристика.



Преимущества:

высокий КПД – 92-94%;

экономичны, простота управления;

обслуживает сравнительно немногочисленный персонал;

маневренны при изменении нагрузки выработки электроэнергии;

длительный срок эксплуатации (до 100 и более лет);

низкая себестоимость электроэнергии;

ГЭС – комплексное гидротехническое сооружение;

регулирует стоки;

плотина используется для транспортных связей между берегами (таблица);

около них образуются промышленные центры (Тольятти, Набережные Челны, Балаково);

процесс выработки электроэнергии не сопровождается загрязнением окружающей среды;

АЭС (атомные)

14–15%

 

АЭС – атомная электростанция, вырабатывает электроэнергию;

АЭЦ – атомная электроцентраль (тепло + энергия).

 

 

 

 

Ядерное топливо (плутоний и уран). При расходе 1 кг урана образуется энергии как при сгорании 2500 кг угля.

 

 

 

 

на 20-30 тонн ядерного топлива АЭС работает несколько лет;

в высшей степени концентрированное и транспортабельное топливо;

маневренность;

размещение (там, где нужна электроэнергия, но нет других источников сырья (мало)).

КПД – 80%;

дешёвая электроэнергия;

сравнительно небольшие затраты при строительстве;

работа станции не приводит к усилению парникового эффекта.

процесс выработки электроэнергии не сопровождается загрязнением окружающей среды;

Недостатки: Несмотря на неоспоримые преимущества электростанций в добыче энергии перед топливной промышленностью и необходимостью их существования и востребованность, у них всё же существует целый ряд серьёзных проблем и недостатков, требующих внимательного изучения и решения.

1. Работают на невозабновимых ресурсах.

2.   Дают много отходов (самые чистые на природном газе).

3. Режим работы меняется медленно (для разогрева котла необходимо 2-3 суток).

4. Энергия дорогая, так как для эксплуатации станции, добычи и транспортировки топлива требуется много людей.

 

 

 

 



Конаковская ГРЭС

Костромская ГРЭС

Сургутская ГРЭС

Рефтинская ГРЭС

Ириклинская ГРЭС

Берёзовская ГРЭС

Заинская ГРЭС

1. Длительное и дорогое строительство (15-20 лет).

2. Строительство сопровождается затоплением огромных площадей плодородных земель. В зоне затопления оказываются сотни деревень и даже городов.

3. Водохранилища изменяют речной сток, климат.

4. Вода в водохранилищах быстро загрязняется, так как идёт накопление отходов. Прошедшая через турбину   вода становится «мёртвой», поскольку в ней погибают микроорганизмы.

5. Проявление «капризности» по выбору места строительства.

 

4. География электростанций.

Саяно-Шушенская(6400 МВт)

Красноярская (6000 МВт)

Иркутская

Волгоградская

Братская

Бурейская

Загорская ГАЭС

1. АЭС таят в себе большой разрушительный потенциал: крупная авария способна вывести из хозяйственного использования тысячи километров территории (Чернобыль).

2. Проблема утилизации ядерного отработанного топлива в специальных могильниках.

 

 

 

 

 

 

 

 

Кольская – Полярные Зори

Ленинградская–Сосновый бор

Калининская  - Удомля

Курская – Курчатов

Балаковская

Смоленская – Десногорск






Электростанции

Географическое расположение

Доля выработки

энергии в мире

Экологический

аспект

Экономический

аспект

Теплоэлектростанции

+

+

-

-

Атомные

+

+

+/-

+

Гидроэлектростанции

-

+

+

+

Приливные

-

-

+

+

Ветряные

+

-

+

+/-

Солнечные

+/-

-

+

+

Геотермальные

-

-

+

+

Биоэнергетические

+

-

+/-

+

7. Актуальность темы.

1.Об энергетических ресурсах.

Производство электроэнергии в наши дни приблизительно на 68 % зависит от ископаемых ресурсов. По прогнозам, в 2035 году ископаемые ресурсы оставят за собой лидирующее положение ( около 65 %). Таким образом, до 2035 года уголь и, немного в меньшей степени, природный газ останутся основными ресурсами для выработки электроэнергии. Это негативно отражается на ситуации с выбросом парниковых газов, и в будущем улучшение не ожидается. Хотя самым используемым первичным энергоресурсом останется нефть, в основном из-за широкого применения в качестве транспортного топлива.

2. Об отсутствии электричества.

Анализируя данные об использовании энергоресурсов на Земле, мы выяснили, что 1,5 миллиарда человек (а это 1/5населения Земли) до сих пор не имеют возможности пользоваться электричеством. Приблизительно 85% из них живут в сельской местности в основном в центральной Африке и Южной Азии.

3. Солнце в Мире.

После легализации телевидения в 1999 году в Бутан пришёл интернет. В стране, где до сих пор повсеместно доставка корреспонденции с использованием лошадей занимает не одну неделю, и даже месяц, появились первые точки доступа к интернету в почтовых отделениях, специально оборудованных системами спутниковой связи с питанием от солнечных панелей. Новые системы вызвали неподдельный интерес жителей всех возрастов, ведь теперь станет возможно учиться, используя интернет.

В лагерях беженцев юго-восточных районов Непала, где проживают сегодня свыше 100 тысяч человек, кухни по приготовлению пищи работают от солнечных параболических панелей, предоставленных ООН. Это простейшие установки открытого типа: зеркальная парабола концентрирует солнечное излучение на центральной плите, куда непосредственно ставится кастрюля или чайник. Для того, чтобы сварить рис с овощами требуется около часа. Это экономично, гигиенично и абсолютно безвредно для окружающей среды, поскольку для плиты не требуется ни керосина, ни дров, ни газа. Её экологический эквивалент соответственно 0,64кг или 314 кг СО2 на каждое приготовление пищи. Сокращается вырубка лесов. Кроме того, и дети и взрослые охотно кипятят воду для питья. Словом, и людям подспорье, и природе польза.

4. О Солнце.

Температура ядра Солнца достигает 15 млн. градусов по Цельсию. Температура наружной поверхности Солнца в среднем составляет 6000 градусов. Солнце похоже на огромный ядерный реактор, в котором водород превращается в гелий. Солнце является самым известным инфракрасным излучателем. Инфракрасная энергия составляет примерно половину всей этой энергии, выделяемой светилом. По сути, это природный и самый совершенный метод обогрева. При взаимодействии с веществом частица излучения (фотон) поглощается атомами вещества, передавая им свою энергию. Это приводит к ускорению движения атомов и увеличению температуры предмета, то есть энергия излучения переходит в теплоту.

Солнечные лучи передвигаются со скоростью света: 300 тысяч км/с. На преодоление дистанции между Солнцем и Землёй им требуется 8 минут. Каждую секунду наша звезда производит количество энергии, эквивалентное четырём миллиардам осветительных ламп по 100 Вт.

Считаем, что на территории России достаточно таких регионов, где солнечная энергия может стать альтернативным источником электричества.

8. Вывод

Исследуя проблему использования различных источников энергии, мы пришли к выводу, что солнечная энергия – возможно один из тех видов энергии, за которыми будущее человечества! Исходя из этого, мы предлагаем модель использования солнечной энергии в отдельно взятой усадьбе.

Как это выглядит:

Двухэтажный дом отапливается электроэнергией, полученной от солнечной тепловой электроустановки. Теплицы отапливаются от этой же системы.

Освещение дома, подсобных помещений, тёплые дорожки около дома, инкубатор для выведения птенцов – это всё энергия, полученная от фотогальванических систем.

Тёплая вода для хозяйственных нужд: мытьё посуды, душ, вода для животных в холодное время года, мойка машины, также воды в бассейне – это работа тепловых солнечных панелей.

Кроме того на территории усадьбы используются скамейки с подогревом, фонари для освещения ландшафта, системы для плавления снега на крыше с использованием фотогальванических элементов. Для приготовления пищи на свежем воздухе солнечные параболические панели. Для игр детям мы предлагаем использовать механические игрушки, которые заряжаются при помощи фотогальванических элементов.

Мы предлагаем использовать в усадьбе для получения электричества и горячей воды следующие устройства:

1.Тепловые солнечные панели.
Они не производят электроэнергию, а преобразуют солнечную энергию в тепловую. В основе их действия лежит очень простой, известный издревле принцип: вода в тёмном, теплоизолированном контейнере от солнца нагревается.

Применения данной технологии для усадьбы это нагрев бытовой воды ( мытьё посуды, душ, вода для животных в холодное время года, мойка машины, также воды в бассейне.)

2.Фотогальванические системы.

Солнце производит электроэнергию благодаря так называемому фотогальваническому эффекту, т.е. способности полупроводниковых материалов, таких как кремний, генерировать электрический ток при воздействии на них солнечной радиации. Применение в усадьбе:

1) изолированные фотогальванические системы. Они оснащены аккумуляторными батареями для хранения электроэнергии и обеспечения электроснабжения в облачную погоду.

2)фотогальванические системы, включённые в сеть электроснабжения общего пользования, которые оснащены инвертером, обеспечивающим преобразование постоянного тока, генерируемого фотогальваническими панелями, в переменный ток, поскольку именно переменный ток может подаваться в распределительную электросеть.

3.Солнечные тепловые электроустановки.
В них солнечное излучение сначала преобразуется в тепловую энергию, а затем в электрическую посредством обычного термодинамического цикла, аналогично, используемого на термоэлектростанциях, работающих на ископаемом топливе.

Вот как это происходит: Параболическое зеркало следует углу солнечных лучей и перенаправляет их в котёл (приёмник), где аккумулируется высокотемпературное тепло. Концентрированная тепловая энергия нагревает жидкость в котле и производит пар высокого давления, который приводит в движение турбину. В свою очередь, турбина передаёт механическую энергию на генератор переменного тока, преобразующей её в электрическую. Благодаря наличию теплового накопительного резервуара термодинамическая установка может функционировать более или менее непрерывно без существенных падений мощности, обусловленных, так например облачностью. Накопительный агрегат позволяет кроме того продлить работу системы в вечерние часы после захода солнца.

4.Солнечные параболические панели.

Это простейшие установки открытого типа: зеркальная парабола концентрирует солнечное излучение на центральной плите, куда непосредственно ставится кастрюля или чайник. Для того, чтобы сварить рис с овощами требуется около часа. Это экономично, гигиенично и абсолютно безвредно для окружающей среды, поскольку для плиты не требуется ни керосина, ни дров, ни газа. Её экологический эквивалент соответственно 0,64кг или 314 кг СО2 на каждое приготовление пищи.

Результатом работы над проектом «Его Величество – Солнце» является макет «Усадьба будущего».



43




57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)

Автор
Дата добавления 13.02.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров188
Номер материала ДВ-449461
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх