Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Реферат по физике "Энергетика будущего" Романовой Анастасии, ученицы 11 класса

Реферат по физике "Энергетика будущего" Романовой Анастасии, ученицы 11 класса



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


  • Физика

Название документа Реферат Энергетика будущего. Романова А. А..docx

Поделитесь материалом с коллегами:

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

МБОУ средняя общеобразовательная школа №1 п.Восточный

Сосьвинского городского округа





Общеобразовательная область: естествознание

Предмет: физика







Энергетика будущего

Исполнитель:

ученица XI-а класса

Романова Мария

Руководитель: Хисамудинова И.Г.

учитель физики, высшей категории






2015

Содержание:



Если повышение эффективности существующих технологий не поможет остановить глобальное потепление, спасут ли положение новые экологически чистые источники энергии? Пока рано на них рассчитывать, но сбрасывать их со счетов тоже нельзя.

Уэйт Гиббс


Введение

Человечество идёт по пути всё более интенсивной смены энергоисточников. В 19 веке люди едва освоили уголь. А уже с начала 20 века потребление энергии на земном шаре выросло в 11 раз, при этом количество людей увеличилось только в 4 раза. Появились источники на нефти, газе, воде, расщеплении атома. 21 век только начался, а во Франции уже строят первый экспериментальный термоядерный реактор. 20% мировой энергетики переведено на возобновляемые источники. По отдельным оценкам, к концу 21 века их доля возрастёт до 60-90%. В общей сумме мощностей электрогенерации эти источники России составляют только 0,5%, и отечественное будущее солнечных и ветряных источников экспертами ставится под сомнение.

Примерно на 2010 год пришелся пик использования нефти, далее же 21 век пройдёт под знаком газа. При консервации ядерной энергетики и жёсткой политике по выбросам СО2 производство электроэнергии станет дороже к концу века примерно в 4 раза (из материалов публичной лекции Иркутского научного собрания института геохимии им. А. П. Виноградова). Сегодня около 75-80% электроэнергии производится за счёт нефти и газа. При этом около трети прогнозных запасов не подтверждается. На месторождения, равные по объёмам месторождениям Западной Сибири, рассчитывать не приходится. На сколько хватит запасов газа и нефти, на 80 или на 100 лет?

Ограниченность запасов нефти в совокупности с прогнозируемым ростом мирового энергопотребления приведет к существенным структурным, технологическим и иным изменениям в топливно-энергетической отрасли, а следом и во всей мировой экономике в период до 2030 года. Ясно, что нужен новый лидер энергетики. Запасы урана в сравнении с запасами угля вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса уран содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить намного меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю...

Несомненно, в будущем параллельно с интенсивным развитием энергетики будет развиваться и экстенсивное: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому — быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро вбирает в себя все самые новейшие достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, все зависят от нее. Поэтому энергохимия, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, "черных дырах", вакууме и т.д. – это, я уверена, всего лишь наиболее яркие штрихи того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать завтрашним днем энергетики. И я в нем буду участвовать. генератор будущего

Какой видится завтрашняя энергетика сегодня? Можно разделить все имеющиеся способы получения электрической энергии на две большие группы. К первой группе можно отнести, так сказать, электрическую энергию рукотворную. Тут и ГЭС, и ТЭС, и АЭС, тут термоядерные реакторы, МГД - генераторы, термоэлектрогенераторы, термоэмиссионные преобразователи и топливные элементы. Ко второй — энергию, которую нам дарит природа: то есть гелиоэнергетика, энергия геотермальная, энергия ветра, волн и приливов, энергия физического вакуума, генетически модифицированные микроорганизмы, производящие водород и т. д.

1.Традиционная энергетика

1.1. Перспективы нефтяной и газовой отраслей

Каких бы высот ни достигла современная индустриально-технологическая цивилизация к настоящему моменту, и какие бы радужные перспективы автоматизации нашей сумасшедшей жизни в каменных лабиринтах мегаполисов ни рисовали нам компании-производители электронной техники, стоит исчезнуть колоссальному потоку энергии, питающему нашу цивилизацию - и мир остановится.

Поток энергии движет цивилизацию, в стальных жилах гигантского индустриального организма бежит черная кровь - нефть. События последнего времени указывают нам на серьезные грядущие изменения. Цены на "кровь цивилизации" растут небывало высокими темпами. Это происходит на фоне драматических событий на политической сцене – затянувшаяся война в Ираке, международный терроризм, обострение противоречий между Западным миром и остальными странами (которым и принадлежит большая часть нефтяных запасов). То, что происходит сегодня, является предвестником глубоких структурных изменений.

В настоящее время нефть является основным сырьем для производства топлив для автомобильного, авиационного, морского и частично железнодорожного транспорта. Существенна роль тяжелых фракций нефти (мазутов) для поддержания устойчивой работы угольных теплоэлектростанций, доля которых в производстве электроэнергии доходит в настоящее время до 40%. Кроме того, многие теплоэнергетические установки малого и среднего масштаба, такие как, котельные, различного рода технологические печи и т.д. также работают на продуктах переработки нефти. По прогнозам при нынешних темпах роста мирового потребления энергии максимум добычи нефти придется на период между 2010 и 2020 годами. При этом значительная доля спроса на энергию все равно не будет удовлетворена.

Значение топливно-энергетического комплекса ощущается в последнее время с особой остротой. Стоило только поднять цены на энергоносители, как сразу подорожали хлеб и транспорт, отопление квартир и металл, уборка улиц и обеды в столовой. К 2020 году более 90 % населения Земли будет проживать в мегаполисах. Это приведет к драматическому росту потребления электроэнергии, по некоторым оценкам более чем в 2 раза. Задача реструктуризации энергетической отрасли и снижения себестоимости электроэнергии является уже в наши дни более чем актуальной.

Дешевая энергия (точнее, искусственно заниженная цена на нее) сделала экономически невыгодными практически все энергосберегающие технологии. Нужно переходить на новые экономичные технологии в промышленных масштабах, заменять изношенное оборудование более совершенным, применять высокоэффективные теплоизоляционные материалы и т.д. Директор ИСЭМ СО РАН, член-корреспондент РАН, профессор Николай Воропай считает, что российская электроэнергетика нуждается в модернизации. Мощности, которые вводились в эксплуатацию в 50-60-х годах, «устарели морально и физически». «Все технологические процессы, которые сегодня в России доведены до производства, были известны более полувека назад, - отмечает учёный. - На Западе всё это время шла интенсивная замена технологий, мы же «вырабатывали» старый ресурс». Экономика России после «коллапса» 90-х годов постепенно начала развиваться, и через несколько лет страна может столкнуться с проблемой электрического голода. Поэтому именно сегодня нужно начать модернизацию источников и перевод их на иные виды топлива. В будущем России придётся задуматься о диверсификации самой энергетической системы (отход от единых крупных станций и комбинирование малых и больших источников), об использовании малых источников с высоким коэффициентом полезного действия. Безымянный

Главным перспективным направлением в настоящий момент является увеличение относительной доли природного газа в производстве электроэнергии. Это обусловлено доступностью природного газа и большими разведанными запасами во многих регионах мира, относительной легкостью добычи, возможностью транспортировки, как по газопроводам, так и в контейнерах в сжиженном виде (морская транспортировка танкерами), высокими теплотворными характеристиками газового топлива, высокой надежностью соответствующего теплоэнергетического оборудования (по сравнению, например, с оборудованием для угольного топлива). Возможностью повышения эффективности теплоэнергетических циклов за счет использования газовых турбин с более высоким коэффициентом полезного действия, не менее 60%, чем паровые турбины, КПД которых 40%. Представляется целесообразным перевод на газовое топливо технологических печей стекловарной, металлургической и других отраслей промышленности. В северных штатах США такой переход к настоящему моменту завершен уже на 80%. Природный газ - это, наряду с углем, источник электроэнергии в будущем. Однако при выходе мировой энергетики на прогнозируемый уровень производства энергии запасов природного газа хватит на 60 - 80 лет. Представляется перспективным использование в дальнейшем природного газа из карбогидратов, являющихся составной частью отложений на морском дне. В случае успеха коммерциализации технологии получения природного газа из карбогидратов, их запасов хватит более чем на 100 лет.

В рамках энергосберегающей политики необходимо решить в первую очередь следующие задачи:

1) прекратить сооружение и разработку проектов сверхмощных энергетических комплексов и сверхдальних электропередач;

2) проводить независимую экологическую экспертизу проектов;

3) создать условия для здоровой конкуренции между производителями электроэнергии;

4) проанализировать экономическую обоснованность отечественных теплофикационных систем в сравнении с зарубежной практикой;

5) развернуть широким фронтом проектирование и строительство экологически чистых ТЭС, рассредоточенных по всей территории России;

6) нацелить научно-исследовательские институты, выведенные из-под контроля монополий, на создание конкурентоспособного, эффективного энергетического оборудования малой и средней мощности.

Чтобы и дальше наслаждаться образом жизни, к которому все мы так привыкли, человечеству придется начать технологический марафон, финишная черта которого едва различима сквозь дымку грядущих десятилетий. Нужен стратегический план борьбы за сокращение выбросов углекислого газа, столь необходимой после многих десятилетий необузданного загрязнения атмосферы. Своевременно и продуманно применяя существующие технологии, первых результатов можно добиться без ущерба для мировой экономики. Однако успех задуманного зависит от того, сможет ли общество использовать весь спектр технологий сокращения выбросов CO2. Поскольку нефть и газ дорожают и иссякают, энергетика будет становиться все более «углеродной» из-за интенсивного использования каменного угля. Прогресс в разработке технологий газификации твердых топлив может поставить уголь в технологическом смысле на одну ступень с природным газом. Запасы каменных углей и горючих сланцев весьма велики. Однако уголь не является "удобным" топливом. Наряду с древесиной, сельскохозяйственными отходами и муниципальным мусором он относится к категории переработанного или плохого топлива (solid fuels или bad fuels в английской терминологии). Ведь сжигание органических веществ в больших масштабах, будь то уголь, нефть, дрова или водоросли является весьма опасным с точки зрения экологии: в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, что может привести к парниковому эффекту. К каким природным и климатическим последствиям может привести такое потепление, трудно предсказать. Кроме того, в настоящее время не существует безотходной технологии сжигания органического топлива. Большое количество сернистого газа, других вредных для человека веществ, а также сажи выбрасывается в атмосферу. Если при существующей технологии увеличить добычу энергии за счет органического топлива в 5-10 раз, то это может привести к сильному загрязнению окружающей среды. Кроме того, в США, Китае и Индии планируется строительство 850 угольных электростанций, а ведь ни одна из названных стран не подписала Киотский протокол. К 2012 г. объемы выбросов из этих станций в 5 раз превысят уменьшение, достигнутое благодаря Киотскому соглашению.

1.2. Перспективы развития атомной энергетики.

Первая половина 20 века завершилась крупнейшей победой науки – техническим решением задачи использования громадных запасов энергии тяжелых атомных ядер – урана и тория. Сегодня 17% мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции. Заметную, хотя пока не определяющую, роль АЭС играют в США и России.

Нужно ли развивать атомную энергетику? Выработка энергии на АЭС и АСТ (атомных станциях теплоснабжения) – это наиболее экологически чистый способ получения энергии из всех, какие человечество может использовать в ближайшем будущем. Не может произойти замены атомной энергии на энергию ветра, солнца, подземного тепла и т.д.

Спасти нашу планету от загрязнения миллионами тонн углекислого газа, окиси азота и серы, которые постоянно выбрасываются ТЭЦ, работающими на угле, мазуте, перестать сжигать в огромных количествах кислород, можно лишь с помощью атомной энергетики. Но только при выполнении одного условия: "Чернобыль" не должен повториться.

В России накоплен многолетний опыт сооружения и эксплуатации АЭС с реакторами ВВЭР – водо – водяных энергетических реакторов (аналогичными американским PWR), на базе которых может быть в относительно короткие сроки создан в большей степени безопасный энергетический реактор. Такой, что в случае аварийной ситуации все радиоактивные осколки деления ядер урана должны остаться в пределах защитной оболочки.

Развитые страны с большим населением в обозримом будущем не смогут из-за экологических проблем обойтись без атомной энергетики даже при некоторых запасах обычных видов топлива. Режим экономии энергии может лишь на некоторое время отодвинуть проблему, но не решить ее.

В последнее время предлагаются различные конструктивные решения атомных станций. В частности, компактную АЭС разработали специалисты Санкт-Петербургского морского бюро машиностроения “Малахит”. Предлагаемая станция предназначается для Калининградской области, где проблема энергоресурсов стоит достаточно остро.

Разработчики предусмотрели использование в АЭС жидкометаллического теплоносителя и исключают возможность возникновения на ней радиационно- опасных аварий, в том числе при любых внешних воздействиях. Станция отличается экологической чистотой и экономической эффективностью. Все ее основное оборудование предполагается разместить глубоко под землей — в проложенном среди скальных пород туннеле диаметром в 20 м. Это дает возможность свести к минимуму число наземных сооружений и площадь отчуждаемых земель. Сегодня существуют технологии создания ядерных реакторов на быстрых нейтронах. В них возможна переработка и сжигание радиоактивных отходов. Так, в Физико-энергетическом институте Обнинска и Институте ядерной физики РАН проповедуется идея, что методику технически можно довести до такого состояния, что излучение реактора будет равным естественному фону урановых руд.

Очень важно внедрение атомной энергетики и в систему теплофикации городов, создание атомных электроцентралей - АТЭЦ и атомных станций теплоснабжения - ACT. При их постройке должны быть учтены дополнительные требования по безопасности населения и обеспечению радиоактивной чистоты на любых режимах работы реакторов. Ведь АТЭЦ и ACT будут сооружаться непосредственно в черте города.

Первые такие станции уже работают, обеспечивая теплом и электроэнергией дома. Особенно целесообразны они в отдаленных местах, лишенных дешевых транспортных путей, куда стоимость доставки топлива делает его поистине золотым, как, например, в северо-восточную часть Сибири.

Стоит заметить, что запасов ядерного топлива, сжигаемого в атомных котлах, не так уж много в земной коре. Если всю энергетику земного шара перевести на него, то при современных темпах роста потребления энергии урана и тория хватит лишь на 100 – 200 лет. За этот же срок исчерпаются запасы угля и нефти. Нужен новый альтернативный источник энергии.


2. Альтернативные источники энергии.

2.1. Солнечная эра энергетики.

Время диктует необходимость быстрого совершенствования процессов улавливания и преобразования абсолютно чистой во всех отношениях солнечной энергии.

Развитие солнечной энергетики может идти по трем направлениям:

- солнечная энергетика в космосе;

- наземная солнечная энергетика;

- применение ТЭП в солнечной энергетике.

Преимущество солнечной энергии:

- ее источник практически неисчерпаем;

- в экологическом отношении она совершенно не загрязняет окружающую среду вредными для всего живого продуктами и гибельной радиацией.

В ограниченных масштабах солнечная энергия уже используется, например, для нагревания воды и обогревания жилищ. В удаленных районах нашей страны работают сотни небольших солнечных электростанций. Они питают береговые маяки и бакены, дают энергию метеостанциям и водоподъемникам, помогающим осваивать пустыни. Правда, вырабатываемое ими электричество в десятки раз дороже. Это существенно сдерживает развитие наземной солнечной энергетики. Специалисты видят возможность снижения стоимости вырабатываемой наземными солнечными электростанциями энергии на один - два порядка, если сюда будут приложены значительные усилия и материальные затраты.

1. Солнечная энергетика в космосе. Перед ней открываются замечательные перспективы. О развитии этого направления очень заботился, будучи руководителем советской космической программы, академик М. В. Келдыш. На его совещаниях не раз рассматривались различные варианты конструкций орбитальных солнечных электростанций, способы выведения и сборки в космосе, вопросы создания пленок для солнечных батарей, проблемы преобразования энергии и передачи ее на Землю с учетом охраны окружающей среды и экономического эффекта.

В наши дни проблема овладения солнечной энергией космоса становится одним из основных стимулов развития внеземного производства, подобно тому, как в конце прошлого века она послужила основой самого рождения научной космонавтики. Тогда К. Э. Циолковский поразился общеизвестному факту, что почти вся энергия Солнца пропадает бесполезно для людей, и целеустремленно стал искать способ овладения всей этой энергией. В результате им была создана теория реактивного движения и изобретена ракета на жидком топливе как реальное средство осуществления космических полетов. «Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле» - писал Циолковский в 1912 году.

В 1927 году он писал: «Солнечная энергия — главное; только мы не умеем ею пользоваться, и мешает тому еще атмосфера… Эта энергия подобна электрической, и потому найдут средства ее почти целиком переводить в механическую, химическую и прочие виды энергии. Только наше невежество заставляет нас пользоваться ископаемым топливом. Да и надолго ли хватит минерального горючего?»

Успехи космонавтики открыли перспективы создания в будущем грандиозных космических солнечных электростанций (КЭС) для снабжения энергией не только аппаратов и сооружений, работающих на орбитах, но и Земли.

Сбор лучистой энергии Солнца в космосе, преобразование ее в электрическую и передача на Землю для использования в народном хозяйстве имеют принципиальные преимущества по сравнению с ее улавливанием наземными установками. Среди них повышенный уровень солнечной радиации, непрерывность процесса производства энергии, возможность развертывания в космосе сооружений грандиозных размеров, уменьшение расхода конструкционных материалов, минимальное влияние на окружающую среду в процессе эксплуатации системы.

В настоящее время солнечная энергия в космосе используется на космических аппаратах для обеспечения жизнедеятельности экипажа и энергоснабжения аппаратуры. Идею электроснабжения Земли с помощью космических солнечных электростанций впервые высказал известный популяризатор космической техники летчик - инженер Н. А. Варваров: «...когда люди научатся передавать электроэнергию из космоса на Землю без проводов, подобно тому, как сегодня осуществляется связь по радио, творческая мысль человека направит свои усилия на создание космических гелиоэлектростанций, снабжающих жителей Земли электроэнергией в неограниченном количестве» («ТМ», № 3, 1960 год, с. 34).энергетика2







Космические солнечные электростанции с термодинамическим (сверху) и фотоэлектрическим способами преобразования лучистой энергии Солнца в электричество.

В дальнейшем американский ученый П. Глазер в своих работах 1968-1971 годов конкретизировал проектный облик КЭС, включая систему направленной передачи энергии из космоса на Землю в СВЧ диапазоне волн. Крупнейшие американские аэрокосмические корпорации Боинг, Рокуэлл Интернэйшнл и другие разрабатывали технические проекты КЭС и сопутствующих им наземных и космических комплексов, привлекая к работам радиотехнические, электронные и электротехнические фирмы. КЭС - это грандиозные сооружения, не имеющие аналога в истории космической техники. Для наших целей лучше всего выбрать так называемую геостационарную орбиту, удаленную от Земли на 35 800 километров. Ее период обращения ровно 24 часа, сутки! Тут предметы как бы зависают над Землей, стынут в недвижности.энергетика 3




Наземные и космические комплексы, сопутствующие КЭС. 1 и 2 — КЭС с ракетной, 3 и 4 — РН, 5 — 8 — сборка КЭС, 9 — центр управления.

Геостационарные или геосинхронные орбиты уже освоены: тут давно прижились трансляционные спутники связи.

При полезной мощности в 5 млн. кВт масса станций на рабочей орбите оценивается в 20 - 60 тыс. т. в зависимости от способа преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую, массового совершенства энергоустановки и системы направленной передачи энергии из космоса на Землю.

Использование фотоэлектрического способа непосредственного преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую, на основе полупроводниковых солнечных элементов, обладающих коэффициентом полезного действия в диапазоне 10 - 20%, влечет за собой построение солнечных коллекторов большой площади.

Турбомашинный, или термодинамический способ преобразования энергии солнечной радиации в электрическую с помощью системы - солнечная печь, турбина, генератор - характеризуется предварительным преобразованием лучистой энергии в тепловую. КПД турбомашинного способа может быть доведен до 40% и более, однако использование металлоемких систем - турбины, радиаторов, электрогенератора - приводит к возрастанию массы электростанции.

Для сборки, развертывания, доставки на рабочие орбиты и обслуживания КЭС в космосе потребуется грузовые сверхмощные ракеты-носители (РН), с помощью которых элементы КЭС должны выводиться с Земли на низкую околоземную орбиту отдельными квантами массой от 100 до 600 т.

По расчетам специалистов, создание системы КЭС позволит транслировать на Землю электроэнергию полезной мощностью 1,5 млрд. кВт, что почти соответствует мировому производству электроэнергии в 2000 году. При единичной мощности серийной КЭС в 10 млн. кВт число эксплуатируемых станций должно составить 150 единиц. Общая масса станций, составленная массами солнечных батарей, алюминиевых конструкций, распределительных сетей, электронных приборов и других элементов, будет фантастической - 5-10 млн. т. Для выведения этого груза и средств орбитальной транспортировки на низкие околоземные орбиты с помощью сверхмощных РН потребуется ракетного топлива суммарной массой порядка 200 - 400 млн. т. Для возмещения электроэнергии, затраченной на производство и выведение одной КЭС, потребуется ее работа в течение двух лет.

Выведение элементов КЭС с Земли на низкие околоземные орбиты с помощью высокоэкономичных, сверхмощных РН будет сопровождаться засорением атмосферы горячими продуктами сгорания ракетного топлива, до 1015 ккал при производстве и выведении только одной КЭС. Это чревато серьезными экологическими нарушениями, изменением установившегося равновесия глобальных атмосферных процессов. Таким образом, ресурсные и экологические ограничения представляют собой весьма серьезные проблемы, стоящие на пути перевода мировой энергетики в новое русло.

Можно использовать для строительства КЭС материалы Луны и астероидов. По оценкам специалистов, космическая электростанция на 90% может быть изготовлена из лунных и других внеземных материалов. В космическом пространстве должны быть созданы эффективные системы добычи, переработки и транспортировки сырья, производственные и сборочные комплексы, что потребует, в свою очередь, создания орбитальных станций с большой численностью экипажа, лунных баз и станций и, следовательно, выведения с Земли полезных грузов большой массы. К сожалению, расчеты показывают, что при строительстве КЭС из внеземных материалов сырьевая и экологическая проблемы в значительной степени остаются в силе. энергетика 4







Лунно-орбитальный производственный комплекс по созданию КЭС. КЭС на внутренней гелиоцентрической орбите.

Принципиально иной способ разрешения заключается в том, что КЭС создаются в областях околосолнечного пространства на расстояние орбиты Меркурия и даже ближе, с повышенным уровнем солнечной радиации.


энергетика 5






Если у Земли мощность потока лучистой энергии Солнца на один квадратный метр поверхности, расположенной перпендикулярно к лучам (солнечная постоянная), равна 1,4 кВт/м2, то на расстоянии 0,1 астрономической единицы от Солнца уже 140 кВт/м2. Т. е. что при выведении КЭС на круговую орбиту вокруг Солнца радиусом около 15 млн. км солнечных батарей будет на два порядка меньше, чем у электростанции той же мощности на геостационарной орбите.

Передача энергии на Землю может быть осуществлена СВЧ лучом или лазерным лучом. Первый способ характеризует благоприятные условия прохождения луча через атмосферу, высокие КПД прямого и обратного преобразования, возможность использования созданных и отработанных СВЧ приборов. А на Земле потоки энергии примет ректенна (гибрид английских слов «rectifier» и «antennа» — выпрямитель и антенна). Они предназначены для
одновременного приема СВЧ - колебаний и выпрямления их в постоянный ток.

Ректенна мощностью в 10 миллионов кВт займет на Земле площадку диаметром в 7,4 км, энергия будет частично использована для производства горючего (разложение воды электролизом на водород и кислород), на производство алюминия и на потребу других энергоемких промышленных комплексов, частично будет использована как электроэнергия.

Техническая сторона дела развивается успешно. Но есть еще и другая сторона — экологическая! Мощные пучки СВЧ - излучения (порядка 200 ватт на квадратный метр) могут вызвать локальный перегрев воздуха. Птицы не смогут пересекать это пространство. Бортовая электронная аппаратура самолетов и вертолетов может выйти из строя. И зоны, пронизанные пучками СВЧ - излучений, превратятся в рукотворные бермудские треугольники! По-видимому, их придется окружить радиобакенами: они оповестят самолеты об опасности, направят в спасительный фарватер. Кроме того, воздействие СВЧ - излучений на центральную нервную систему человека еще плохо изучено. Есть выход: поднять решетку ректенны над Землей. Она почти полностью поглотит СВЧ - излучение, но пропустит до 80 процентов солнечного света и не задержит осадков. И здесь можно будет разместить сельскохозяйственные угодья — пашни, пастбища, сады.

Преимущество лазерного метода заключается в возможности формирования узкого луча (угол полураствора луча лазера довести до 10-9 радиан), размеры передающей и приемной систем не будут достигать больших значений. Наведение и управление лазерным лучом на астрономических расстояниях имеют трудности технического характера. Можно вынести приемные устройства с поверхности Земли в стратосферу, что позволит осуществлять эффективную передачу энергии в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн. При этом резко сократятся размеры передающих и приемных антенн, снизятся затраты на создание системы приема и передачи энергии. Подъем приемной антенны предполагается осуществить с помощью аэростатических аппаратов (дирижаблей) большой грузоподъемности, управляемых автоматически.

2. Наземные солнечные электростанции. Обратимся к статистике: интенсивность потока солнечной энергии в космосе равна 1,4 кВт/м2; в ясную погоду максимум солнечного потока на Земле в 1,2 раза меньше; средняя интенсивность света в 3 раза меньше максимальной за счет смены дня и ночи; дополнительно интенсивность уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей в зависимости от широты местности и значительно снижается в облачную погоду.энергетика 6









Дневное и ночное положение КЭС на околоземной орбите.

Средняя интенсивность светового потока в южных широтах России не превышает 20% интенсивности в космосе. Наземные солнечные электро-станции при равных площадях солнечных батарей, проигрывают КЭС в 3 раза. Дополнительным и очень существенным преимуществом КЭС является возможность направить энерголуч в любой пункт Земли, в то время как наземная солнечная электростанция привязана к местам с малой средней облачностью.

3. Применение ТЭП в солнечной энергетике. Современная солнечная электростанция может преобразовывать солнечную энергию в электрическую, при помощи которой из воды получают водород, и уже его по системе трубопроводов водород передают потребителям. Передача энергии в виде водорода, а не в виде электроэнергии становится выгоднее при расстояниях, превышающих 500 - 600 км. Солнечная электростанция состоит из большого числа энергетических модулей, каждый из которого состоит из модуля преобразования, электролизера и вспомогательного оборудования. Каждый модуль преобразования в основном состоит из солнечного коллектора (ТВВК) с параболоцилиндрическими концентраторами, термоэмиссионного преобразо-вателя (ТЭП) и циркуляционного вентилятора. Коэффициент преобразования такого модуля может достигать 70-75%. Тепловой коэффициент современных электролизеров достигает 95%, т. е. общий КП энергетического модуля может достигать 70%.

Если сравнить показатели солнечной электростанции на основе ТЭП и ТВВК с показателями солнечной электростанция на основе кремниевых батарей, то удельные капитальные затраты у первой станции на порядок меньше, чем у второй; площадь земли, занимаемая первой станцией в 5-6 раз меньше, чем второй.

Поскольку солнечные электростанции имеют нестабильный цикл работы, необходимо аккумулировать водород, чтобы обеспечить работу потребителя в ночное и пасмурное на территории электростанции время. Сейчас ученые и инженеры активно разрабатывают различного рода водородные аккумуляторы. При передаче энергии в форме водорода будут использоваться трубопроводы большого сечения и большой протяженности. Для средней полосы России среднегодовой приход солнечной лучистой энергии на каждый квадратный метр по некоторым данным составляет 500 кВтчас, т.е. та же станция может выработать за год 3,5*109 кВтчасов электроэнергии или около 0,7 млн. тонн водорода. Для сравнения выработка электроэнергии в 2000 году АО “Кировэнерго” составила 3,56*109 кВтчасов, АО “Омскэнерго” – 6,198*109, АО “Ивэнерго” – 1,352*109 кВтчасов.

Разработка КЭС представляет собой сложнейшую задачу, относящуюся к различным научным дисциплинам — космонавтике, ракетостроению, энергетике, электронике, электротехнике, материаловедению, экономике, экологии. Все эти отрасли в настоящее время находятся в стадии бурного развития. Нет сомнений в том, что ученые и инженеры найдут эффективные способы преодоления трудностей, стоящих на пути создания космических энергетических комплексов.

2.2. Энергия ветра

Сегодня все больше и больше серьезных специалистов и научно-исследовательских подразделений начинают проявлять интерес к энергии ветра. Примерно 2 % солнечной радиации, которая приходится на поверхность Земли, обращается в энергию ветра. Это очень много. Причем использовать эту энергию можно почти во всех районах планеты.

Богаты ветром районы северной береговой линии, районы, прилетающие к берегам Балтийского, Черного и Каспийского морей.

Среди возможных конструкций четко выделяются два направления:

- сооружение сравнительно небольших установок мощностью до 15 кВт для подъема и перекачки воды, для вспомогательной энергетики, такой, как подзарядка аккумуляторов и т. д.

- разработка и создание более мощных ветродвигателей для производства электроэнергии.

Наши конструкторы разработали проект электростанции мощностью 40 тысяч киловатт, которая может работать практически при любом ветре. Вместо одного рабочего колеса имеется восемь роторов. На них равномерно распределяется вся ветровая нагрузка. Высота металлических опор - 200 метров.

При сильном ветре установка развивает избыточную мощность. Использовать ее придется для накапливания энергии в том пли ином виде, потому что вслед за бурей придет на какое-то время и полный штиль.

2.3. Приливная энергетика

Жители прибрежных районов открытых водных бассейнов хорошо знакомы с приливами и отливами: дважды в сутки воды наступают на берег и отступают. Происходит это благодаря силам притяжения прежде всего Луны, поскольку она близка к Земле, а также, в меньшей степени, Солнца.

В некоторых точках побережья Белого моря высота прилива достигает 10 метров. В Пенжинской губе Охотского моря -13 метров. На берегах Ла-Манша - 15 метров. А кое-где па атлантическом побережье Канады воды во время прилива поднимаются до 18 метров.

Общая мощность приливов и отливов всех морей и океанов Земли оценивается примерно в 3 миллиарда кВт. Число пунктов, где целесообразно строить приливные электростанции, не больше 30, суммарная их мощность не превысит 100 миллионов кВт.

В 1968 году на Кольском полуострове в Кислой губе вступила в строй небольшая приливная электростанция опытного образца мощностью 800 кВт.

Большинство специалистов считает, что широкое строительство приливных электростанций вряд ли целесообразно. Но на труднодоступных участках побережья с особенно высоким уровнем прилива они будут построены.

На подходах к Гетсборгу, вблизи от маяка, в зеленоватой воде плавает оранжевый пластмассовый ящик с изогнутой трубкой, из которой все время льется вода. Тут же неподалеку — три желтых буя. Таков внешний вид опытной волновой электростанции, построенной шведскими инженерами Я.Пересов и П. Трофтен. Они изобрели насос необычайной простоты: армированный стальной проволокой резиновый шланг с обратными клапанами на концах. Если опустить его в воду и начать периодически растягивать, то внутренний объем шланга начнет изменяться, и он будет работать, как помпа. Изобретатели так его и назвали: «ПеТро-помпа», включив в название первые слоги своих фамилий. Это незамысловатое устройство позволяет получать электроэнергию, используя разность уровня воды волн.

2.4. Геотермальная энергетика.

Среди новых источников электроэнергии сегодня все чаще упоминается внутреннее тепло Земли. Действительно, по современным представлениям, у нас под ногами бушует настоящее «адское пламя». Температура ядра Земли порядка 5000 °С. Известно, что с увеличением глубины температура земных слоев повышается. Так, на глубине 10 - 12 километров она достигает 200 - 250° С, на глубине 50 километров - уже 700 - 800 °С. Глубже - еще выше... Стоит только пробурить скважину достаточной глубины, направить в нее воду и получить пар, который начнет вращать турбогенераторы, поставляя нам энергию, превращенную из тепла в электричество. Почему же до сих пор небольшие энергетические установки разбросаны всего в нескольких местах на Земле, где это тепло в виде гейзеров выбивается наружу?

Оказывается, сооружение геотермальной электростанции не такое простое дело. По-видимому, это должны быть две или несколько достаточно глубоких и удаленных друг от друга скважин, соединенных внизу хорошо нагретым фильтрующим слоем породы. Тогда, накачивая и одну из скважин воду, мы будем из другой или из других получать пар из просочившейся воды.

Нерешенных проблем много, но специалисты не теряют надежд их преодолеть. В настоящее время у нас в стране построены две такие электростанции на Камчатке — Паужетская геотермальная электростанция мощностью 11 тысяч киловатт и Паратунская мощностью всего 700 киловатт. Это сооружения с неглубокими скважинами, достигающими той глубины, где находятся разгоряченные очаги. Предстоит разработать реальный проект достижения магмы с температурой порядка 1000 градусов.

Кора Земли нагрета очень неравномерно. Обычно считается, что каждые сто метров в глубину повышают температуру на 1–3оС. Но есть и термоаномальные участки и их немало, где температура на тех же ступенях поднимается на 30 - 40°С. На каждом из них можно построить геотермальные станции или разместить энергоблоки.

2.5. Термоэлектричество

В настоящее время есть несколько наработок в области термоэлектричества.

1.Если составить электрическую цепь из последовательно соединенных различных материалов, сегодня это обычно – полупроводники, то получится термоэлектрический генератор. Он преобразует тепловую энергию в электрическую, их КПД подчиняется второму началу термодинамики и он невелик.

2.Термоэмиссионные преобразователи (генераторы) работают на явлении термоэлектронной эмиссии: нагретые тела испускают электроны в окружающее пространство. ТЭП или ТЭГ работают так: в вакуум помещают два электрода. Один – эмиттер – подогревают, другой – коллектор – охлаждают. При соединении эмиттера с коллектором внешней цепью, по ней течет ток. Тепловая энергия преобразуется в электрическую. КПД данного преобразователя также ограничивается вторым началом термодинамики.

3.Топливные элементы или электрохимические генераторы – ЭХГ, преобразуют химическую энергию в электрическую. Основные части: анод, катод, электролит и органы управления. ЭХГ делятся на высокотемпературные, средне- и низкотемпературные. Принцип работы: водород, попадая на металлический электрод, переходит в атомарное состояние. При этом электроны, заряжая электрод отрицательно, уходят в металл, а ядра атомов – в раствор электролита. На втором электроде, на который подается кислород, происходит примерно такой же процесс. Только здесь накапливается положительный заряд. И в электролите возникают отрицательно заряженные ионы ОН. Соединяясь с ионами кислорода, они образуют воду, которая удаляется из элемента. Если оба электрода соединить внешней цепью, то по ней пойдет ток.

Одним из наиболее активных видов топлива для топливных элементов является в настоящее время гидразин, дающий в качестве единственного продукта реакции азот. К сожалению, он пока дорог и вдобавок ядовит. Тем не менее, уже построены и испытываются двигатели для электротележек. А это начальный вариант рабочих моделей электромобилей. Правда, пока удельная мощность топливных элементов в три раза меньше по сравнению с бензиновыми двигателями. Но мы можем сказать: есть все основания считать этот путь создания электромобилей перспективным. Используются топливные элементы и в качестве небольших по мощности бортовых источников тока в космических аппаратах. Есть надежда, что при решении вопроса об использовании более дешевого топлива и окислителя, например, природного газа и воздуха, топливные элементы в дальнейшем найдут применение и в большой энергетике.

2.6. Термоэмиссионные преобразователи – путь в энергетику будущего.

Информационное агентство “ВРАТА - ЕКАТЕРИНБУРГ” распространила информацию о создании термоэмиссионного преобразователя тепловой энергии в электрическую (ТЭП) с очень высоким коэффициентом преобразования (КП) – до 80-82%. Рассмотрим перспективную схему применения ТЭП в традиционной и нетрадиционной энергетике.

Разместив на каждом жилом объекте микроТЭЦ на базе ТЭП мы перейдем к прогрессивной схеме децентрализованного энергообеспечения с высоким КП. Данная схема работает следующим образом: сетевой газ поступает в микроТЭЦ, где он сжигается во внешней топке. Нагретые в топке до температуры 1650-1700оС газы поступают в ТЭП, где происходит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую постоянного напряжения. Далее, охлажденные до температуры 250-300оС газы поступают в теплообменник, где нагревают холодную водопроводную воду для нужд горячего водоснабжения объекта. При этом 70-75% энергии газов расходуется на выработку электроэнергии и 25-20% - на производство горячей воды. Основная часть электроэнергии постоянного напряжения расходуется на отопление объекта, освещение, электроплиты, некоторые бытовые приборы, работающие на постоянном токе (например, холодильники), часть ее, пройдя через автономный инвертор, и, получив параметры стандартной сети, расходуется на бытовые приборы, работающие на переменном токе. В перспективе всю бытовую технику можно перевести на питание постоянным током, что значительно снизит вредное влияние на человека электромагнитного излучения. Для повышения надежности энергообеспечения необходимо иметь запас жидкого топлива или газгольдер с сжиженным газом. Убрав из квартир газопроводы и газовые плиты и разместив микроТЭЦ на крыше здания, можно резко увеличить безопасность использования сетевого газа.

Установка подобных автономных систем энергообеспечения на промышленных объектах также сулит значительную выгоду. Если же оставить на жилых и промышленных объектах традиционную водяную систему отопления, а в микроТЭЦ на базе ТЭП установить гидродинамические преобразователи энергии с коэффициентом преобразования 300% и выше, то это позволит снизить топливные затраты на отопительные нужды в 2 - 2,5 раза и в целом расход газа на энергетические нужды в 3,5 - 4 раза. Это, в свою очередь, увеличивает срок исчерпания природных запасов газа на десятки лет, что дает дополнительную временную фору ученым умам для разработки высокоэффективных нетрадиционных преобразователей энергии (солнце, физический вакуум и т.д.)

2.7. «Жировая» энергетика

Сало – незаслуженно забытый источник энергии – может служить не только для пополнения энергоресурсов человеческого организма, но и как возобновляемый ресурс большой энергетики

Современные технологии позволяют утилизовать сало, как и другие жиры растительного и животного происхождения, для производства биотоплива. Растительные масла, отработанное пищевое масло, животные жиры - эти источники энергии представляют собой не только производственную альтернативу для сельского хозяйства, но и важный шаг к экологическому энергообеспечению и могут стать естественной составной частью замкнутого кругооборота.

Переработка растительных масел и животных жиров с помощью метанола в сложный метиловый эфир жирных кислот придает ему свойства, близкие по молекулярному составу к дизельному топливу, что позволяет подмешивать его или использовать самостоятельно. Из одного килограмма масла производится 1,135 литра горючего. Высококачественный биодизель соответствует строгим нормам дизельного топлива EN 1421 4. Причем с применением присадок биодизель можно использовать при температуре –25 градусов.

3. Стратегия развития энергетики будущего

3.1. Термоядерная энергия – основа энергетики будущего

21 век будет веком термоядерной энергии. В термоядерных реакциях происходит выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Быстро протекающие термоядерные реакции осуществляются в водородных бомбах. Сейчас перед наукой стоит задача осуществления термоядерной реакции не в виде взрыва, а в форме управляемого, спокойно протекающего процесса. Решение этой задачи даст возможность использовать громадные запасы водорода на Земле в качестве ядерного топлива.

В термоядерных реакторах будет использоваться не обычный, а тяжелый водород. В результате удастся получить ситуацию, при которой литр обычной воды по энергии окажется равноценен примерно 400 литрам нефти. Элементарные расчеты показывают, что дейтерия (разновидность водорода, которая будет использоваться в подобных реакциях) хватит на земле на сотни лет при самом бурном развитии энергетики, в результате чего проблема заботы о топливе отпадет практически навсегда.

За счёт термоядерной реакции «работает», например, Солнце. Создать маленькие «солнца» на Земле учёные крупнейших стран пытаются уже более 50 лет. Но пока не удалось решить главную проблему — как заставить термоядерную реакцию идти непрерывно. Пока же в мире есть только несколько экспериментальных установок, на которых «жизнь» плазмы поддерживается от 4,5 минуты до 3,5 часа. Самая большая мощность, которая достигнута на европейской установке JET, — 16 МВт. В июне 2006 года начался первый этап крупного международного проекта, в котором участвует и Россия, — постройка первого в мире экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Он появится в Карадаше во Франции. Если этот эксперимент удастся, то на его базе через 20 лет появится экспериментальная термоядерная электростанция. Уже во второй половине 21 века вклад термоядерной энергетики в общемировую станет весьма ощутимым.

Огромная энергия освобождается при соединении друг с другом легчайших атомных ядер — водорода, дейтерия (тяжелого водорода), трития (сверхтяжелого водорода). Ядро дейтерия (D) состоит из протона и нейтрона, а трития (Т) из протона и двух нейтронов. При слиянии ядер дейтерия и трития образуются очень прочное ядро гелия (а - частица) и свободный нейтрон: D + T = 4Не + n; при этом высвобождается энергия 17,6 МэВ (на каждую пару ядер D и Т). Помноженное на огромное число взаимодействующих водородных ядер, это количество энергии и дает ту фантастическую энергию, которая выделяется при взрыве водородной бомбы. Дейтерий в изобилии содержится в водах Мирового океана, а тритий может воспроизводиться на самих термоядерных станциях из лития (n + 6Li = Т + 4Не).

Чтобы реализовать слияние легких ядер, необходимо нагреть водородную смесь до температуры свыше 107 К — иначе ядра не смогут преодолеть электростатическое отталкивание и сблизиться до расстояний, на которых начинают действовать ядерные силы. По этой причине подобные реакции называют термоядерными. Из одного килограмма изотопов водорода выделяется в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сжигании одного килограмма угля.

Решение проблемы управляемого термоядерного синтеза имеет исключительно важное значение для человечества, так как это есть решение энергетической проблемы (и притом экологически оптимальное).

1. «Токамак» - реактор термоядерного синтеза. Исследования по управляемому термоядерному синтезу, ведущиеся в России и за рубежом более 30 лет, позволили решить ряд принципиальных задач: нагрев плазмы до сверхвысоких температур, удержание горячей плазмы внутри вакуумной камеры при помощи магнитного поля и др. В Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова создана установка «Токамак» - «тороидальная камера с магнитным полем» - в которой за счет протекающих в плазме электрических токов удалось получить температуру 1,5*107 К.

В «Токамаках» ток, возбужденный внешним индуктором и достигший огромной силы, протекает через плазму и нагревает ее до очень высокой температуры. Плазма как раз и находится в тороидальной вакуумной камере - этаком полом бублике. Советские физики-теоретики первыми высказали идею, согласно которой горячую плазму можно попробовать изолировать от стенок камеры, сжав собственным магнитным полем. Плазма — сама великолепный проводник для электричества, и потому ток в ней будет нарастать. А вместе с током станет расти и его магнитное поле, охватывающее плазму, как обручами, и сдавливающее, сжимающее ее в тонкий шнур, отрывающее от стенок камеры.

Для того чтобы термоядерная реакция протекала относительно спокойно и вместе с тем с большим выделением энергии, нужно удерживать плазму достаточной плотности в магнитном поле определенное время. Для каждой термоядерной реакции и температуры плазмы существует минимальное значение произведения концентрации ядер в единице объема - плотности плазмы на время ее удержания.

Если плотность плазмы 1014 атомных ядер в одном кубическом сантиметре объема, то достаточно удержать ее в нагретом состоянии всего одну секунду, чтобы реакция пошла как надо. Это произведение плотности на время называют критерием Лоусона. Сегодня плотность плазмы нужного предела уже достигла. Температура пока ниже. Время удержания доходит до одной десятой секунды. В общем, не так плохо.

Практические термоядерные генераторы должны использовать обмотки из сверхпроводников. Это сразу же снизит колоссальные затраты энергии на поддерживание магнитного поля, удерживающего плазму. Здесь нужно иметь в виду, что при работе «Токамак» потребляет столько же электричества, сколько хватило бы на жизнь целому городу. Так что экономия — дело не лишнее. Опыт работы с такими обмотками имеется. Рассмотрим особенности работы «Токамака»:

- реакторы - «Токамаки» должны будут работать в импульсном режиме -несколько сот секунд - работа, затем десятки секунд пауза. Для поддержания продольного тока в камере требуется переменное внешнее магнитное поле, которое не может нарастать до бесконечности. В период паузы будет происходить также полная замена плазмы в камере. Такой режим работы порождает ряд проблем, связанных с «усталостью» материалов из-за циклических термических нагрузок. Более того, тороидальная геометрия сама по себе порождает неоднородность тепловых и нейтронных нагрузок. Возникает также проблема накопления и хранения энергии на периоды пауз в работе реактора (в принципе обсуждаются возможности избежать такого режима работы, однако пока не ясно могут ли быть реализованы эти схемы);

- практически невозможно использовать большую часть поверхности камеры для размещения твэлов, а, следовательно, значительная часть энергии термоядерных нейтронов будет расходоваться без пользы;

- возможные срывы приведут к выбросу плазмы на стенки камеры, что потребует сложных (в условиях высокой радиоактивности) восстановительных работ. Тороидальная геометрия камеры, наличие обмоток и другой аппаратуры чрезвычайно затрудняют работы, которые придется выполнять при дистанционной разборке, ремонте и замене узлов реактора в условиях повышенной радиоактивности;

- в «Токамаках» для поддержания устойчивого равновесия плазмы требуется, чтобы магнитное давление (рм) значительно превосходило газовое (рг), параметр b=рг/рм характеризует количественное соотношение этих величии. Заметим, что эта же величина характеризует отношение концентрации тепловой энергии к плотности магнитной энергии. Чем больше рг тем выше термоядерная мощность, генерируемая в единице объема, тем дешевле магнитная система реактора.

генератор1

Открытые в 1986 году новые сверхпроводящие материалы, работающие при более высоких температурах способствуют улучшению характеристик магнитных систем «Токамаков».

Сегодня главное внимание физиков - термоядерщиков сосредоточено на «Токамаках» как на наиболее перспективных установках. Но это вовсе не значит, что для осуществления управляемого термоядерного синтеза нет других путей.

Лазерный термоядерный синтез является наиболее перспективным направлением таких поисков. Конечно, ЛТС имеет свои достоинства и недостатки.

2. Лазерная термоядерная энергетика.

ЛТС займет достойное место в энергетике: отдаленность и, следовательно, защищенность дорогого и сложного устройства для концентрации энергии лазера от самого реактора; относительно малые размеры и относительная простота реактора; возможность создания многокамерных систем, обслуживаемых одним лазером; высокотемпературный характер первоначального выделения энергии; повышенная безопасность; низкая стоимость топлива, особенно в случае использования только дейтериевых реакций или в случае горючего с малым содержанием трития.

Остановимся подробнее на некоторых из этих пунктов. Малые размеры реактора на основе ЛТС обеспечат малые размеры территорий, капитальных сооружений и периферийных устройств. Это благоприятно скажется на стоимости станции и откроет возможности использования реактора на основе ЛТС для разнообразных нужд энергетики. Высокотемпературный характер первичной энергии обусловливает принципиальную возможность создания преобразователя энергии с высоким КПД (уже сейчас до 60%) и возможность производства свободного водорода, который будет использоваться в качестве экологически чистого химического горючего для движущихся энергетических установок (в результате сгорания образуется вода). Срыв рабочего режима реактора (незапланированное отключение питания лазера, непопадание мишени в фокус лазерных лучей и т. д.) не может привести к каким-либо разрушениям. Малые размеры реактора позволяют расположить его под землей и создать наружный мощный слой бетонной защиты. Эти обстоятельства позволят существенно упростить контроль и меры безопасности станции.

Каким должен быть лазер в реакторе? Центром лазерной термоядерной электростанции является лазерная система для инициирования термоядерных микровзрывов — драйвер. Рассмотрим требования к такому драйверу и определим его характеристики.

  1. Энергия импульса 3 - 5 МДж

  2. Длительность импульса 10 - 20 нс

  3. Временная форма импульса сложная, с нарастанием мощности

к концу импульса

  1. Частота повторения импульсов 1 - 10 Гц

  2. Эффективность (КПД) лазера 5 – 10%

6. Фокусируемость в пятно с радиусом 1 см на

расстоянии 30 - 50 м

7. Ресурс работы 108 - 109 импульсов

8. Стоимость Около 500 млн. дол. (т. е. 100 дол/Дж)

Мощность лазерного импульса будет достигать 5 • 1014 Вт.

Длительность импульса определяется временем сжатия мишени. Современная техника позволяет разделить импульс на части, усилить каждую до необходимого уровня, а затем свести их в нужной последовательности на мишень с помощью оптических задержек - систем зеркал.

Частоты повторения выстрелов 1-10 Гц необходима для того, чтобы после каждого выстрела камера успевала очищаться от паров и, возможно, малых капель в течение 0,1-1 с. Осуществление такого режима работы лазера является сложной задачей: значительная часть энергии рассеивается в активной среде. Накопление этой энергии в результате действия ряда механизмов ухудшает свойства активной среды. Возможны два способа предотвращения нежелательного эффекта - периодическая (или непрерывная) замена активной среды либо отвод избыточного тепла из зоны генерации. В газовых лазерах активная среда может заменяться посредством продувки газа. В лазерах с твердой активной средой предполагается усилители сделать в виде тонких широких пластин, а охлаждающий газ пропускать в промежутках между пластинами.

Достижение КПД лазера на уровне 5 - 10% необходимо дли замыкания энергетического цикла, а также по экономическим соображениям.

Необходима фокусировка излучения лазера на мишень на расстояние в несколько десятков метров для того, чтобы предохранить ее в течение длительного периода от разрушающего воздействия продуктов микровзрывов. Размер пятна фокусировки определяется размерами мишени. При указанных параметрах требуется расходимость лазерных пучков на уровне 10-4. Для прямого равномерного облучения мишени потребуется не менее 20 световых пучков. В качестве конечного фокусирующего элемента лучше использовать мозаичные охлаждаемые зеркала с сервоприводами и датчиками смещения, управляемыми компьютером. Продолжительность работы лазерной системы без замены и капитального ремонта должна быть не менее 3-5 лет.

Для решения проблемы драйвера, но современным представлениям необходимо пройти три этапа: создать лазер для демонстрации физического порога термоядерных реакций (brean - ever), лазер для получения единичных микровзрывов с большими коэффициентами усиления (на уровне 100) и лазер, работающий в условиях термоядерного реактора, или же непосредственно сам драйвер. Мощные неодимовые лазеры, по параметрам наиболее близки к тем требованиям, которые предъявляются к установкам первого этапа. Нет сомнений, что демонстрация brean - even будет осуществлена с помощью такого типа лазеров. Для демонстрации единичных микровзрывов требуются лазеры с энергией от 3 до 10 МДж, с длиной волны излучения менее 1 мкм.

В качестве кандидатов на драйвер можно рассматривать эксимерный KrF-лазер и электроионизационный CO2- лазер. В последние годы значительные успехи достигнуты в развитии химических лазеров, поэтому их также следует внести в список претендентов на драйвер (имеются в виду НF-лазер, йодный химический лазер и др.), а так же стеклянный неодимовый лазер, лазер на свободных электронах.

При лазерном подходе имеется принципиальная возможность получить чисто дейтериевую, энергетически выгодную термоядерную реакцию, что открывает новые широкие возможности в решении энергетической проблемы.

3.2. МГД - генератор

Когда-то Фарадей заметил, что коль скоро в проводе, который движется между полюсами магнита, течет электрический ток, то оный же должен возникнуть и в потоке проводящей электричество жидкости, помещенной там же. Казалось бы, ничего нового в этом высказывании нет. Но именно в нем заключена идея магнитогидродинамического генератора.

Сначала суть: при сгорании органического топлива, например, природного газа, при достаточно высокой температуре (не менее 2500° С) газ переходит в состояние частично ионизованной плазмы, то есть становится электропроводным. Если к потоку плазмы добавить легко ионизирующееся вещество, например пары щелочных металлов - калия, натрия или цезия, то электропроводность низкотемпературной плазмы резко возрастает.

Продуем эту горячую проводящую плазму через достаточно мощное магнитное поле. В плазме тут же появился электрический ток. Если при этом к стенкам канала, по которому сквозь магнитное поле стремится поток плазмы, приделать электроды, замкнутые на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток.

В принципе работа МГД - генератора не отличается от работы генератора Фарадея классической схемы. Только в электромеханическом генераторе проводником служит обмотка ротора, а в МГД - генераторе - поток подогретой плазмы. Электрический ток в плазме, взаимодействуя с магнитным полем, тормозит движение плазмы. И ее кинетическая энергия превращается в тепловую. Необходимо преодолеть сложности: газ приходится подогревать, то есть сжигать, добавлять в пего металлические пары. Канал, по которому мчит струя плазмы в 2500° С нужно делать жаропрочным, как сопло ракеты. Кроме того, отработанную плазму, сохраняющую свою температуру, нужно тоже употребить, хотя бы на подогрев пара для обычной турбины. Наконец, постоянный ток, получаемый от МГД - генератора, придется преобразовывать в переменный...

МГД - установки позволят повысить КПД на 25 %, а в будущем, может быть, и 50%... Более того, магнитогидродинамическое преобразование энергии сможет применяться и в ядерной энергетике, поскольку позволит исключить паровой котел как промежуточное звено, а, следовательно, и повысить КПД.

3.3. Водородные технологии.

В последние годы наметился инновационный поворот к использованию более эффективного энергоресурса - водорода. Давайте заглянем в будущее: по улицам городов мчатся юркие бесшумные автомобили, никаких выхлопных газов - прохожие наслаждаются свежим воздухом, который веет с полей и лесов... Глупая идиллия? Вовсе нет: если автомобили превратятся в водородомобили или электромобили, работающие на водородно - воздушных топливных элементов, то тогда продуктами сгорания станут пары воды! Преимущества водородной энергетики колоссальны:

  • источник водорода безграничен - вода океанов и морей. Кроме того, соединяясь с кислородом воздуха и отдавая энергию, водород вновь превращается в воду — стало быть, источник этот самовосстанавливающийся, а значит, и вечный;

  • продукт сжигания водорода — чистая вода — не может загрязнить атмосферу. Следовательно, нет экологического кризиса, а также и климатического, ибо при этом исчезнут и огромные количества углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу при сжигании угля, нефти и газа.

  • водород — топливо идеальное, у него наивысшая теплотворная способность. При сжигании килограмма водорода (атомарного) выделяется в 8 раз больше энергии, чем при сгорании килограмма бензина.

Правда, есть и недостатки; главные из них - дороговизна производства, трудности хранения и пожароопасность. Но и спички опасны, особенно при неумелом обращении. И смесь паров бензина с воздухом взрывается ничуть не хуже смеси водорода с воздухом. Для хранения же 20 килограммов жидкого водорода под давлением 200 атмосфер необходим бронированный резервуар размером с автомобиль и весящий около тонны. Появились новые перспективные методы хранения водорода. Водород обладает поразительной способностью растворятся в металлах. Почти любой из металлов может «впитать» количество этого газа, превосходящее его собственный объем в сотни и даже тысячи раз! При этом образуется качественно новое химическое состояние – металлический гидрид. Баки, заполненные гидридом, вмещают в 40 раз больше водорода, чем баки, заполненные только газом.

Новая технологическая схема позволяет не только хранить в твердом состоянии вещество, слишком взрывоопасное в газообразном состоянии, но и получать при переводе водорода из газообразного состояния в твердое тепловую энергию. Ее можно использовать, например, для отопления помещений. Когда же нужно извлечь водород из резервуара, достаточно только подать тепло к водородным соединениям. Эта часть процесса сопровождается выделением холода, который может быть использован, например, для кондиционирования воздуха. А для высвобождения водорода достаточно через водородные соединения пропустить выхлопные газы двигателя или водяной пар.

Водородная энергетика наберет силу только тогда, когда водород будут получать из воды (ее запасы в морях и океанах огромны и доступны). И тут можно подключить атом. Нужно заставить тепло нарабатывать водород. Уже разработано множество схем - термохимических реакций, которые циклически повторяются, возвращаясь к исходному состоянию. При этом они экологически чистые! Схема такова: в совокупность связанных меж собой химических аппаратов подаются вода и тепло от атомного реактора, далее по трубопроводам выходит водород и кислород. Работы в этом направлении ведутся в СССР, США, Италии, Голландии, ФРГ, Англии, Японии. Уж больно заманчиво использовать бросовое тепло ядерных реакторов. Ведь КПД такой ядерно-водородной станции (ЯВС) теоретически может быть не 30 процентов, как у АЭС, а 70 и выше! Можно соединить ЯВС с комплексом металлургических или химических заводов. А если образующиеся водород и кислород направлять в топливные элементы, то станция будет вырабатывать только электрический ток. Картина привлекательная: гигантские атомные электростанции на берегах океана будут давать электроэнергию. Она пойдет на разложение морской воды на водород и кислород. Топливо будущего — водород будет пересылаться по трубам к местам потребления, заменяя природный газ и нефть.

Другой вариант той же картины — разложение воды за счет солнечной энергии, ведущей все к той же водородной энергетике (см. применение ТЭП в солнечной энергетике).

В 1942 году американский исследователь Г. Гаффрон обнаружил, что сине-зеленые водоросли (рекордсмены среди растений по длительности существования на Земле — 3 миллиарда лет!), помещенные в искусственную атмосферу из инертного газа начинают под действием света выделять не кислород, а водород. Водородный цех может работать не только в сине-зеленых водорослях, но и в некоторых видах фотосинтезирующих бактерий. А также в искусственных системах, содержащих выделенные из растений хлоропласты. Можно брать от растений не только плоды или клубни, но и топливо!

Атомно-водородная энергетика разрабатывается в нашей стране еще с начала 70-х годов прошлого столетия. В последнее время водородная тематика активно обсуждается. Уже проведены крупные международные научные конференции. Отечественные топливные водородные элементы летали в космос на "Буране". ГМК "Норильский никель", крупнейшая в России и одна из крупнейших в мире компаний по производству драгоценных и цветных металлов, произвел значительные инвестиции в отечественную академическую науку, купил крупный пакет акций американской инновационной компании, ориентированной на разработку топливных элементов. Интерес "Норникеля" понятен: он - крупнейший производитель палладия и всех других платиноидов, без которых невозможно производство топливных элементов, существенно увеличивающих КПД производства энергии без нанесения вреда окружающей среде.

Кремний и водород смогут стать альтернативными видами топлива для различных энергетических установок или устройств. По словам одного из разработчиков водородного двигателя для машин, КПД бензина составляет всего 20 процентов, в то время как ожидаемая норма у водородного двигателя будет доходить до 80 процентов! Если не считать экологических выгод от подобных энергоресурсов. Сегодня в Бразилии многие автомобили заряжаются этанолом. В США повсеместно озабоченны переходом хотя бы на смесь бензина с этанолом.

Рассмотрим некоторые объекты геологии (или минералогии), которые могут быть использованы в качестве существенного дополнения к энергетике, основанной на утилизации угля, нефтепродуктов и газа.

  • Силиций и водород. Вытеснение водорода при реакции кремния, ферросилиция и алюминия с водой в механохимических реакторах — одно из перспективных направлений уже сегодняшнего дня. Развитие металлургии кремния - насущная задача еще и потому, что кремниевые солнечные батареи - наиболее развитый источник нетрадиционной энергетики.

  • Глины. Глинистые породы представляют собой тонкообломочные осадочные образования в виде смеси глинозема (оксид алюминия) с кремнеземом (двуокись кремния). Они-то и могут стать неисчерпаемым источником энергии на Земле. Ведь любая горная порода в экзогенных условиях (т.е. на дневной поверхности под действием солнечной энергии и агентов выветривания) превращается в глины, а в конечном итоге - в простые оксиды алюминия, кремния и железа.

  • Силикаты. В природе они встречаются в виде солей различных кремнистых кислот (полевые шпаты, роговые обманки, слюды) и представляют собой широко распространенные породообразующие минералы. Силикаты используются в металлургии, при изготовлении огнеупоров, стекла и т.д. А вот сведения о применении их в качестве силикатного топлива весьма скудны. Например, его теплотворная способность многократно превышает показатели известных энергоносителей: один килограмм силикатного топлива эквивалентен одной тонне(!) мазута. Производство силикатного топлива уже освоено и ведется в достаточных масштабах. Это топливо регенерируется с затратами едкого натра и кремнезема. Оно возгорается только при участии второго компонента — карбида кремния, т.е. энергетические установки безопасны в пожарном отношении.

  • Гидриды и карбиды. Гидрид кремния — самый привлекательный реагент для производства водорода. Карбид кальция уже сейчас можно применять как генератор газа в автомобилях, приспособленных для работы на газе. Уже сейчас на ацетилен или водород можно переводить питание автомобилей, приспособленных к газовому топливу. Моторы, питающиеся от генератора ацетилена или водорода, менее взрывоопасны, чем газобаллонные. Однако более перспективным видится применение двухступенчатого воспламенения топлива в дизельных моторах. Первая ступень - воспламенение от искры порции газа (водорода или ацетилена), поступившего в цилиндр вместе с воздухом, вторая ступень - воспламенение дизельного топлива, впрыскиваемого в пламя. Двигатели с двухступенчатым воспламенением уже доказали свое преимущество: повышением мощности, экономией топлива, чистотой выхлопа и более «мягкой» работой мотора.

Концепция водородной энергетики, можно считать, сформировалась. Это - производство водорода, транспортировка его и хранение, эффективное использование, надежность и безопасность.

3.4. Энергия космоса.

Космос изобилует энергией. Это и солнечная радиация любой напряженности, не ослабленная атмосферой, и космические лучи, и космические тела с их колоссальной кинетической энергией. Можно использовать и космические перепады температур от абсолютного нуля до нескольких тысяч градусов, космический магнетизм. Из космоса к нам проникают частицы столь мощных энергий, что они в триллионы раз превышают энергии, которые ученые получают на самых мощных ускорителях Земли.

Пользуясь знаменитым соотношением Эйнштейна об эквивалентности энергии и массы, можно подсчитать, что при аннигиляции одного грамма вещества возникает такая же энергия, какую можно получить при сжигании 10 000 тонн каменного угля! Одной тонны антивещества (а вещество у нас всегда под рукой!) было бы вполне достаточно, чтобы сейчас обеспечить на год энергией весь земной шар.

В 1979 году группе американских физиков удалось зарегистрировать наличие «природных» антипротонов. Их «принесли» космические лучи.

Улавливая с помощью спутников это «антивещество» «антиметеоритов» и доставляя их на Землю (в этом соль рассуждения П. Капицы), мы получили, бы мощный источник энергии. В процессе аннигиляции — самоуничтожение двух частиц с противоположными физическими свойствами, например электронов и позитронов, протонов и антипротонов, высвобождается вся скрытая в веществе энергия или, согласно формуле Эйнштейна, Е= mс2, 25 млрд. кВтч на каждый килограмм вещества! Остается только решить несколько вопросов: как обнаружить «антиметеориты», как доставить на Землю, чтобы они при этом ни с чем не соприкасались (иначе взрыв!)?..

Если решим эти вопросы, то фантастические ракетные фотонные двигатели, непрерывно вырабатывающее частицы и их античастицы, например протоны и антипротоны, будут бороздить космическое пространство. Теоретически двигатель такого вида является энергетически самым совершенным, эффективным и экономичным, какой только можно мыслить, ибо в процессе аннигиляции частиц в свет превращаются практически 100% скрытой в веществе энергии, а сами фотоны движутся с предельно возможной в природе скоростью света.

Поговорим о «черных дырах», одном из необычных следствий теории относительности Эйнштейна, они могут стать энергетически значимыми. «Черные дыры» - космические «пылесосы», в них все и вся безвозвратно исчезает.

«Черные дыры» возникают, когда умирающая звезда коллапсирует (сжимается) до такого плотного состояния, что ее размеры оказываются ничтожными, а гравитационное притяжение столь мощным (оно обратно пропорционально размерам звезды-дыры и прямо пропорционально ее массе), что ничто не может его преодолеть.

Почти одновременно английский математик Р. Пенроуз и американский физик Дж. Бекенштейн высказали простую идею. Если со звездолета (он облетает «черную дыру» по достаточно удаленной, а потому и безопасной орбите) бросить в направлении «черной дыры» камень, то под действием могучего притяжения камень будет падать все быстрее и быстрее, пока при скорости, близкой к световой, не исчезнет в «дыре».

Осталось немного. Привязываем к камню конец веревки, намотанной на вал динамомашины, и вот при падении камня начнет вырабатываться совершенно бесплатная электроэнергия.

Вскоре профессор Ванкуверского (Канада) университета Дж. Шелтон подсчитал, что выделится энергия, заключенная в массе бросаемого в «черную дыру» груза. Как если бы произошла полная аннигиляция его массы! Эту энергию можно было бы получить, опуская камень в «черную дыру». Как звездолету самому не попасть в «черную дыру» и где взять сверхпрочный трос?...

Каковы будут достижения науки и техники через несколько десятилетий, сказать нельзя. Нет сомнений, что наука далекого, а возможно, только отдаленного будущего решит и эти, безусловно, головокружительные задачи.



















Заключение

Заимствование энергии из космоса неизбежно, но это все ж отдаленное наше будущее. А что сейчас? Какие энергии здесь, на Земле, уже доступны человеку или будут доступны завтра?

В приводимой ниже таблице указаны величины высвобождаемой энергии в ватт-часах на килограмм массы, рассчитанной по формуле Эйнштейна:

Е= mс2.

Вид энергии

ватт-час/m

Ядерная энергетика: (процессы аннигиляции)

1012

Деление и синтез ядер (атомные реакторы и термоядерные установки)

1010

Радиоизотопы

108

Химия: Теплота сгорания топлива

104

Электрохимия Батареи аккумуляторов

103

Сжатые газы: Превращение фаз (кипение)

102

Механика Кинетическая энергия (маховики)

10

Металлические пружины

10

Резиновые пружины

1

Сила тяжести (гидроэлектрическая энергия)

0,1

Электричество: Электромагнитная индуктивность

0,01

Электростатические конденсаторы

0,001

Перед нами не просто список всевозможных видов энергии. Это и путь покорения человеком энергии. Путь «вверх» по энергетической лестнице, которая в то же время ведет и «вниз». Ибо для завоевания все больших энергий человек вынужден все глубже погружаться в микромир, в царство микроскопических объектов — первокирпичиков материи.

Трудно говорить о будущем энергетики. Ибо энергетика быстро вовлекает в свою орбиту все самые новейшие завоевания науки и техники. Почему бы основой энергетики будущего не стать... вакууму? Ведь вакуум — это отнюдь не «ничто», а некая динамическая субстанция с очень сложными физическими свойствами: там есть поле, пусть без частиц, но оно колеблется. А при этих колебаниях рождаются и тут же исчезают кванты.

Сейчас в разговорах то и дело слышится: «энергетический голод», «энергетический кризис». Что же случилось с человечеством: не знало электричества - не было энергетического голода; узнало, понастроило электростанций - появился энергетический кризис. Впрочем, первый энергетический кризис, зафиксированный в истории, разразился в Египте задолго до нашей эры, когда были вырублены пальмы. Их древесина поставляла уголь для выплавки бронзы. На Земле шел бронзовый век.

Металлургия съела большую часть лесов на земле, прежде чем научилась использовать каменный уголь. Мы не только вырубили леса на планете, но и чувствуем нехватку нефти, газа, каменного угля - традиционных и дешевых источников энергии.

И все-таки колесо истории, колесо прогресса повернуть вспять или хотя бы приостановить невозможно. Энергетика и электрификация играют наиважнейшую роль в развитии материальной базы современного общества. Электрическая энергия универсальна. Ее легко и просто превратить во все другие виды энергии, удобно транспортировать. Более половины всей потребляемой энергии используется в виде тепла на технические нужды, отопление и приготовление пищи; оставшаяся часть - в виде механической и электрической энергии.

Человечество удивительно неэкономно расходует добываемые энерго-ресурсы и еще более расточительно тратит полученную с таким трудом энергию. Где же выход из этой гонки? Думаю, необходимо разумное сокращение энергетических потребностей, энергосберегающая политика. Это целый комплекс мероприятий, направленных на экономию топливно-энергетических ресурсов.

В тесной связи с энергосберегающей политикой находится дело охраны природы и рационального использования природных ресурсов.

В России есть все необходимые условия - финансовые, технологические и иные - для эффективного включения в процесс разработки и внедрения новых энергетических технологий.

Первым шагом на этом пути должно стать создание открытого информациооно - аналитического ресурса по указанным выше направлениям, охватывающего как российский, так и зарубежный секторы.

В настоящее время приоритетными для России являются направления по:

- перестройке ТЭК России с учетом новых условий, в том числе с учетом весьма вероятного сценария развития мирового энергетического сектора;

- установлению более тесного взаимодействия в области энергетики и топлив со странами азиатского региона, и в первую очередь с Китаем;

- интенсивному включению российских научно-технических и производствен-ных структур в процесс новых энергетических технологий и синтетических топлив.

Вышеперечисленный список альтернативных источников энергии в будущем оставляет надежду на то, что, несмотря на самые апокалипсические прогнозы, человечеству еще будет откуда черпать свою энергию. Правда об этом нужно задумываться уже сегодня, и в первую очередь нашему поколению, если мы не хотим в один прекрасный день увидеть на улицах городов брошенные из-за отсутствия топлива машины, черные ночные окна небоскребов, неработающие медицинские устройства в больницах и другие малоприятный вещи, которые только можно себе вообразить!

Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед.

Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия и что все препоны, преграды и трудности будут преодолены.




Литература

1. Басов Н. Г., Лебо И. Г., Розанов В. Б. Физика лазерного термоядерного синтеза, Москва, «Знание», 1988 г.

2. Бурмин Г. Штурм абсолютного нуля, Москва, «Детская литература», 1989 г.

3. "Время новостей", газета от 27 июня 2003 г

4. "В мире науки", журнал №1, январь 2007 г.

5. Гладков К. А. Атом от А до Я, Москва, «Атомиздат», 1987 г.

6. "Компьютерра", журнал №11, март 2006 года

7. «Конкурент», журнал №2, февраль 2007 г.

8. «Независимая газета», №126 от 26 июня 2008 г.

9. Тарасов Л. В. Современная физика в средней школе, Москва, «Просвещение», 1990 г.

10. «Техника-молодежи», журнал №3, 1981 г.

11. Томилин А. Заклятие Фавна, «Лениздат», 1986 г.

12. «Энергия промышленного роста», журнал № 3, март 2007 г.

В работе использована информация с Интернет-сайтов компаний RBC, Qatar Petroleum, ExxonMobil, newsinfo, sciteclibrary, Chevron, Syntroleum, Sasol Synfuels, Rentech, Siemens, General Electric, Foster Weeler, Conoco, British Petroleum, Gas Technology Institute, US Department of Energy





Название документа Реферат Энергетика будущего. Романова А. А..pptx

Реферат по теме «Энергетика будущего» ФИО автора: Романова А.А. Ученица 11-а...
 Энергетика будущего.
Возникает проблема: ограниченность запасов нефти, газа и урана наряду с прогн...
Цель моей работы: исследовать традиционные источники энергии и энергетические...
Этапы исследования энергии: Изучение традиционных источников энергии (газово...
1.1. Перспективы нефтяной и газовой отраслей В рамках энергосберегающей полит...
1.2. Перспективы развития атомной энергетики.
2. Альтернативные источники энергии.
2.1. Солнечная эра энергетики. Развитие солнечной энергетики может идти по тр...
 Космические солнечные электростанции
2.2. Энергия ветра Среди возможных конструкций четко выделяются два направлен...
2.3. Приливная энергетика
2.4. Геотермальная энергетика.
2.5. Термоэмиссионные преобразователи – путь в энергетику будущего.
2.6. «Жировая» энергетика
3. Стратегия развития энергетики будущего
3.1. Термоядерная энергия – основа энергетики будущего D + T = 4Не + n + 17,6...
Решетить проблему управляемого термоядерного синтеза можно двумя путями: 1 пу...
 2 путь. Лазерная термоядерная энергетика.
3.2. Магнитно – Гидро - Динамические – генераторы.
3.3. Водородные технологии. Преимущества: источник водорода безграничен - вод...
3.4. Энергия космоса.
Выводы: Будущее энергетики прогнозируемо, уже написано множество сценариев пр...
Спасибо за ВНИМАНИЕ!!!
1 из 26

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 Реферат по теме «Энергетика будущего» ФИО автора: Романова А.А. Ученица 11-а
Описание слайда:

Реферат по теме «Энергетика будущего» ФИО автора: Романова А.А. Ученица 11-а класса МБОУ СОШ №1 п. Восточный. Предметная область: естествознание. Руководитель: Хисамудинова Ирина Геннадьевна. Учитель физики МБОУ СОШ №1 п. Восточный.

№ слайда 2  Энергетика будущего.
Описание слайда:

Энергетика будущего.

№ слайда 3 Возникает проблема: ограниченность запасов нефти, газа и урана наряду с прогн
Описание слайда:

Возникает проблема: ограниченность запасов нефти, газа и урана наряду с прогнозируемым ростом мирового энергопотребления. Выход: необходимы структурные, технологические и иные изменения в топливно-энергетической отрасли в период до 2030 года, нужен новый лидер энергетики.

№ слайда 4 Цель моей работы: исследовать традиционные источники энергии и энергетические
Описание слайда:

Цель моей работы: исследовать традиционные источники энергии и энергетические установки будущего, их эффективность и перспективы использования. Объект исследования: энергетика настоящего и будущего. Гипотеза: если запасы газа, нефти и урана закончатся, то человечество найдет способ добыть энергию из других источников для обеспечения достойной жизни.

№ слайда 5 Этапы исследования энергии: Изучение традиционных источников энергии (газово
Описание слайда:

Этапы исследования энергии: Изучение традиционных источников энергии (газовой, нефтяной и атомной отрасли энергетики); Изучение альтернативных источников энергетики (солнечной, приливной, геотермальной энергетики, энергии ветра, термоэлектричество и «жировой» энергетики); Изучение стратегии развития энергетики будущего (термоядерной энергетики, Магнитно – Гидро – Динамических – генераторов, водородных технологий и энергии космоса)

№ слайда 6 1.1. Перспективы нефтяной и газовой отраслей В рамках энергосберегающей полит
Описание слайда:

1.1. Перспективы нефтяной и газовой отраслей В рамках энергосберегающей политики необходимо решить следующие задачи: 1) прекратить сооружение и разработку проектов сверхмощных энергетических комплексов и сверхдальних электропередач; 2) проводить независимую экологическую экспертизу проектов; 3) создать условия для здоровой конкуренции между производителями электроэнергии; 4) развернуть широким фронтом проектирование и строительство экологически чистых ТЭС, рассредоточенных по всей территории России; 5) нацелить научно-исследовательские институты, на создание эффективного энергетического оборудования малой и средней мощности.

№ слайда 7 1.2. Перспективы развития атомной энергетики.
Описание слайда:

1.2. Перспективы развития атомной энергетики.

№ слайда 8 2. Альтернативные источники энергии.
Описание слайда:

2. Альтернативные источники энергии.

№ слайда 9 2.1. Солнечная эра энергетики. Развитие солнечной энергетики может идти по тр
Описание слайда:

2.1. Солнечная эра энергетики. Развитие солнечной энергетики может идти по трем направлениям: - солнечная энергетика в космосе; - наземная солнечная энергетика; - применение ТЭП преобразователей в солнечной энергетике. Преимущество солнечной энергии: - ее источник практически неисчерпаем; - она экологически чистая.

№ слайда 10  Космические солнечные электростанции
Описание слайда:

Космические солнечные электростанции

№ слайда 11
Описание слайда:

№ слайда 12
Описание слайда:

№ слайда 13 2.2. Энергия ветра Среди возможных конструкций четко выделяются два направлен
Описание слайда:

2.2. Энергия ветра Среди возможных конструкций четко выделяются два направления: - сооружение сравнительно небольших установок мощностью до 15 кВт для подъема и перекачки воды, для вспомогательной энергетики, такой, как подзарядка аккумуляторов и т. д. - разработка и создание более мощных ветродвигателей для производства элек­троэнергии.

№ слайда 14 2.3. Приливная энергетика
Описание слайда:

2.3. Приливная энергетика

№ слайда 15 2.4. Геотермальная энергетика.
Описание слайда:

2.4. Геотермальная энергетика.

№ слайда 16 2.5. Термоэмиссионные преобразователи – путь в энергетику будущего.
Описание слайда:

2.5. Термоэмиссионные преобразователи – путь в энергетику будущего.

№ слайда 17 2.6. «Жировая» энергетика
Описание слайда:

2.6. «Жировая» энергетика

№ слайда 18 3. Стратегия развития энергетики будущего
Описание слайда:

3. Стратегия развития энергетики будущего

№ слайда 19 3.1. Термоядерная энергия – основа энергетики будущего D + T = 4Не + n + 17,6
Описание слайда:

3.1. Термоядерная энергия – основа энергетики будущего D + T = 4Не + n + 17,6 МэВ Из одного килограмма изотопов водорода выделяется в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сжатии одного килограмма угля.

№ слайда 20 Решетить проблему управляемого термоядерного синтеза можно двумя путями: 1 пу
Описание слайда:

Решетить проблему управляемого термоядерного синтеза можно двумя путями: 1 путь. «Токамак» - реактор термоядерного синтеза.

№ слайда 21  2 путь. Лазерная термоядерная энергетика.
Описание слайда:

2 путь. Лазерная термоядерная энергетика.

№ слайда 22 3.2. Магнитно – Гидро - Динамические – генераторы.
Описание слайда:

3.2. Магнитно – Гидро - Динамические – генераторы.

№ слайда 23 3.3. Водородные технологии. Преимущества: источник водорода безграничен - вод
Описание слайда:

3.3. Водородные технологии. Преимущества: источник водорода безграничен - вода океанов и морей. продукт сжигания водорода — чистая вода — не загрязняет атмосферу. У водорода наивысшая теплотворная способность. При сжигании килограмма водорода выделяется в 8 раз больше энергии, чем при сгорании килограмма бензина.

№ слайда 24 3.4. Энергия космоса.
Описание слайда:

3.4. Энергия космоса.

№ слайда 25 Выводы: Будущее энергетики прогнозируемо, уже написано множество сценариев пр
Описание слайда:

Выводы: Будущее энергетики прогнозируемо, уже написано множество сценариев преодоления энергетического кризиса. Может быть основой энергетики будущего станет вакуум. Необходимо разумное сокращение энергетических потребностей, энергосберегающая политика и рациональное использование природных ресурсов. В России есть все необходимые условия эффективного внедрения новых энергетических технологий.

№ слайда 26 Спасибо за ВНИМАНИЕ!!!
Описание слайда:

Спасибо за ВНИМАНИЕ!!!



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


Автор
Дата добавления 23.10.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров815
Номер материала ДВ-091470
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