77399

Актуальность использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Реферат

Энергетика

Актуальность использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Понятие традиционной энергетики. Традиционная энергетика совокупность технических устройств использующих хорошо освоенные в технологическом отношении энергетические источники и способы преобразования получаемой от них энергии в первую очередь в электрическую. Их отличительные особенности: – значительная единичная мощность; – работа в общей электросети возможна работа и в тепловой сети; – единый...

Русский

2015-02-02

103 KB

16 чел.

1. НЕТРАДИЦИОННЫЕ и ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

01. Актуальность использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии 

Понятие традиционной энергетики [1, С. 478]

Традиционная энергетика – совокупность технических устройств, использующих хорошо освоенные в технологическом отношении энергетические источники и способы преобразования получаемой от них энергии, в первую очередь, в электрическую.

К техническим устройствам, составляющим традиционную энергетику, в первую очередь относят электрические станции следующих типов:

  1.  Тепловые электростанции (ТЭС), работающие на минеральных – твердых, жидких и газообразных органических топливах (уголь, нефть, газ и др.).
  2.  Атомные электростанции (АЭС), работающие на ядерных топливах (уран, плутоний), получаемых из сырьевых материалов.
  3.  Гидравлические электростанции (ГЭС), использующие возобновляемые гидравлические энергетические ресурсы.

Перечисленные виды электростанций являются базовыми в современной энергетике и составляют так называемую «большую» энергетику. Их отличительные особенности:

– значительная единичная мощность;

– работа в общей электросети (возможна работа и в тепловой сети);

– единый стандарт на качество вырабатываемой электроэнергии.

Кроме перечисленных в традиционную энергетику входят автономные газотурбинные, дизельные и другие установки, использующие ископаемые органические топлива, и автономные гидравлические установки. Эти установки составляют «малую» энергетику.

Характеристика, запасы и динамика потребления невозобновляемых источников энергии [2, С. 24–27], [3, С. 27]

К невозобновляемым источникам энергии относят уголь, нефть, природный газ, атомную энергию.

Уголь. Существуют следующие типы угля: торф, бурый, каменный, битуминозный угли и антрацит. Все они образовались в ходе естественных процессов из различного вида растений и применяются в качестве топлива. Различия между типами определяются разным содержанием углерода.

Торф – наименее сформировавшаяся форма угля, в большей степени сохранившая черты растительного происхождения. Торф залегает в болотах, где погруженные в воду деревья разлагались в отсутствие кислорода.

Бурый уголь (лигнит) содержит больше углерода, чем торф, и поэтому дает больше тепла, чем торф, но меньше, чем каменный уголь.

Битуминозный уголь (жирный уголь) характеризуется более высоким содержанием углерода и более высокой теплотой сгорания, чем бурый уголь.

Антрацит содержит наибольший процент углерода из всех типов угля.

В природном угле, кроме углерода, содержатся неорганические вещества, которые остаются после сгорания угля в виде золы, а также может содержаться сера (органическая или колчеданная, т.е. в составе сульфида железа).

Запасы угля на территории России оцениваются в 6 трлн. т (50 % мировых), в том числе каменные угли – 4,7 и бурые угли – 2,1 трлн. т. Теплота сгорания изменяется от 14,7 МДж/кг (канско-ачинские) до 29,33 МДж/кг (кузбасские). Ежегодная добыча угля – более 700 млн. т., из них 40 % открытым способом. Основные запасы угля сосредоточены на востоке страны. Основные угольные бассейны России – Кузнецкий, Канско-Ачинский, Печорский.

Мировые запасы угля оцениваются в 9…11 трлн. т у.т. при добыче более 4,2 млрд. т/год. Разведанные запасы составляют 1,2 трлн. т. При сохраняющемся уровне мировой добычи запасов угля хватит на 1560 лет.

Наибольшие разведанные запасы угля приходятся на следующие страны, млрд. т: США – 430; страны СНГ – 290; Германия – 100; Австралия – 90; Англия – 50; Китай – 50; Индия – 29.

Нефть. Нефть представляет собой в основном жидкие углеводороды – органические соединения, состоящие только из водорода и углерода (суммарно по массе 90…95 %, причем, углерод – более 80 %). Содержание серы и кислорода в нефти может достигать 5 % по массе для каждого элемента.

Мировые запасы нефти оцениваются в 840 млрд. т у.т., из них 10 % – достоверные и 90 % – вероятные запасы. Извлекаемые запасы нефти оцениваются в 250…375 млрд. т у.т. Прогнозируется рост спроса на нефть – 1,5 % в год.

За 100 с лишним лет эксплуатации нефтяных месторождений было добыто более 20 млрд. т нефти. При сохраняющемся на уровне 1990-х годов уровне мировой добычи запасов нефти хватит примерно на 250 лет. В числе мировых лидеров по добыче нефти страны Ближнего Востока, Россия, США, Венесуэла. Разрабатывается более 25 000 месторождений, 250 из которых сосредоточено около 80 % запасов нефти.

По запасам нефти (20 млрд. т) Россия занимает второе место в мире после Саудовской Аравии. Основные нефтяные базы РФ – Западно-Сибирская, Волго-Уральская, а также перспективные Баренцево-Печорская, о. Сахалин и район Прикаспия с большими ресурсами на морском шельфе.

Природный газ. Природный газ – смесь углеводородов, но в отличие от нефти природный газ может содержать лишь до 65 % углерода по массе; содержание водорода – переменно. Также может содержаться до 15 % азота. Содержание серы, как правило, невелико.

Запасы природного газа оцениваются в 300…500 трлн. м3. Наибольшие запасы имеются в России, Ираке, Саудовской Аравии, Алжире, Ливии, Нигерии, Венесуэле, Мексике, США, Канаде, Австралии, Великобритании, Норвегии, голландии.

В России находится более 40 % мировых запасов природного газа (более 160 трлн. м3). Наиболее крупные месторождения в Уренгое, Заполярье. Ежегодно в России добывалось более 650 млрд. м3 природного газа, что составляет более 80 % газа, добываемого в странах СНГ и около четверти мировой добычи. Прогнозируется, что запасов природного газа может хватить не более, чем на 120 лет.

Таким образом, запасы ископаемого топлива конечны. По мере их исчерпания цены на ископаемое топливо будут непрерывно расти.

Атомная энергия. В основе получения электричества на АЭС лежит реакция деления ядер атомов радиоактивного топлива (урана-235 или ядер других тяжелых металлов) при бомбардировке их нейтронами. Суть этой реакции состоит в разделении ядра атома на два сравнительно крупных фрагмента, что сопровождается высвобождением большого количества тепловой энергии и γ-лучей. Крупные фрагменты, или продукты деления представляют собой атомы, каждый из которых состоит из некоторого числа электронов и части ядра «родительского» атома. Эти осколки обычно радиоактивны и поэтапно распадаются, превращаясь в стабильные атомы и высвобождая энергию излучения на каждом этапе распада.

В ходе деления возникают не только фрагменты ядер, энергия и γ-лучи, но и нейтроны. Когда один из таких нейтронов соударяется с другим ядром урана-235, он может вызвать деление этого ядра. При этом выделяется еще больше энергии, появляются новые осколки ядер и нейтроны; таким образом, ядерная реакция начинает охватывать все новые и новые ядра, не прерываясь, т.е. становится самоподдерживающейся, или цепной.

Запасы урана в недрах – более 4 млн. т, из них по 50 % достоверные и предполагаемые. Большую перспективу для выработки атомной энергии представляют реакторы на быстрых нейтронах (в России – типа БН). В этих реакторах может использоваться не только обогащенный, но и обедненный уран, том числе находящийся в отвалах.

Проблемы использования установок традиционной энергетики [1, С. 478], [3, С. 6]

Основные проблемы, связанные с использованием установок традиционной энергетики, следующие:

– ограниченность (исчерпаемость) органических топлив и минералов, используемых в производстве ядерных топлив;

– ограниченность традиционно используемых гидравлических энергетических ресурсов (во многом зависят от природы: приливов и отливов, полноводности рек и т.д.);

– возрастающее до опасных пределов загрязнение окружающей среды (в первую очередь, парниковыми газами); значительное тепловое ее загрязнение;

– использование в широких масштабах ископаемых невозобновляемых ресурсов, представляющих значительную ценность для других хозяйственных отраслей;

– необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, их разработку (например, организация глубокого бурения, в частности, в морских условиях и другие наукоемкие технологии);

– все расширяющиеся потребности в отчуждении земельных площадей;

– невозможность использования в специфических условиях деятельности людей (на космических объектах, например).

Стремление решить эти и другие проблемы традиционной энергетики реализуется, во-первых, в поисках других первичных энергетических источников и, во-вторых, в разработке иных способов преобразования энергии первичных источников в электрическую. Часто оба направления совмещаются.

Примерами первого направления могут служить работы по созданию электрохимических и термоядерных преобразователей. Ко второму направлению можно отнести работы, связанные с использованием известных возобновляемых источников энергии (солнца, ветра, морских приливов и др.). Новые способы преобразования энергии реализуются также в термоэлектрических, термоэмиссионных устройствах и в магнитогидродинамических генераторах (МГД-генераторах).

На современном этапе развития промышленности все перечисленные преобразователи и способы могут быть объединены понятием нетрадиционная энергетика.

Стратегия развития отечественной энергетики [3, С. 39–40]

В стратегии развития энергетики России, разработанной на период до 2020 г., рассмотрен широкий комплекс технологических, экономических и правовых проблем.

Долгосрочная энергетическая политика Российской Федерации, основанная на Энергетической стратегии России до 2020 г., базируется на следующих приоритетах:

– устойчивом обеспечении населения и экономики страны энергоносителями;

– повышении эффективности использования ТЭР и создании необходимых условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития;

– поддержании надежной сырьевой базы и обеспечении устойчивого развития ТЭК в условиях формирования рыночных отношений;

– уменьшении негативного воздействия ТЭК на окружающую среду;

– поддержании экспортного потенциала ТЭК для решения макроэкономических и геополитических задач России;

– обеспечении энергетической безопасности России и ее регионов, использовании межрегиональных энергетических связей как интегрирующего фактора единого государства.

Место нетрадиционных источников в удовлетворении энергетических потребностей человека [3, С. 40–41]

Экономический ресурс возобновляемых источников энергии в мире в настоящее время оценивают в 20 млрд. т у.т. в год, что примерно в 2 раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. Это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего.

К нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относят: энергию Солнца, ветра, тепла Земли, энергию морей и океана, биомассу, новые виды жидкого и газообразного топлива, представленные синтетической нефтью на основе угля, органической составляющей горючих сланцев и битуминозных пород (дополнительные углеводородные ресурсы), а также некоторые виды топливных спиртов и водород.

Указанные энергоносители в процессе технологических превращений различной глубины и сложности позволяют получать продукцию, свойства которой сопоставимы с продукцией, получаемой за счет природного газа, угля, нефти и продуктов их переработки и тем самым могут обеспечить экономию традиционного энергетического сырья.

Преимуществом этих энергоресурсов может являться тот факт, что некоторые из них являются местным видом топлива, а районы наибольшей концентрации их сырьевой базы, как правило, испытывают определенные трудности в формировании своего топливно-энергетического баланса. Хозяйственное освоение их будет не только способствовать оптимизации структуры топливно-энергетического баланса этих районов, но и снижению напряженности транспортных грузопотоков.

Многие из нетрадиционных источников энергии являются сложными энергоресурсами, компоненты которых позволяют получать и нетопливную продукцию, широко применяемую в химии, строительной индустрии, сельском хозяйстве, металлургии и т. д. Например, термальные воды, горючие сланцы и битуминозные породы [bituminosus - смолистый- различные осадочные породы, содержащие битумы – (от лат. bitumen — горная смола, нефть) — твёрдые или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных; битумы заполняют поры, трещины и др. пустоты в породах (битуминозные известняки и доломиты) или пропитывают породу равномерно (битуминозные глины, песчаники и пески).] содержат в промышленных концентрациях литий, ванадий, никель, рубидий, серу и другие элементы, принципиальная возможность извлечения которых доказана. Минеральная составляющая горючих сланцев и битуминозных пород является исходным сырьем при производстве изделий для дорожной и строительной индустрии. Рациональная утилизация различных видов отходов (биомасса) позволит получать высококачественные удобрения. Ресурсы этих видов энергии велики.

Основное преимущество возобновляемых источников энергии – неисчерпаемость и экологическая чистота (не для всех). Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетики, экологии, продовольствия (см. табл.).

Табл. 1. Роль ВИЭ в решении трех глобальных проблем человечества

№ п/п

Вид ресурсов или установок

Энергетика

Экология

Продовольствие

1.

Ветроустановки

+

+

+ 1)

2.

Малые и микроГЭС

+

+

+ 2)

3.

Солнечные тепловые установки

+

+

+ 3)

4.

Солнечные фотоэлектрические установки

+

+

+ 4)

5.

Геотермальные электрические станции

+

+/–

0

6.

Геотермальные тепловые установки

+

+/–

+ 5)

7.

Биомасса. Сжигание твёрдых бытовых отходов

+

+/–

0

8.

Биомасса. Сжигание сельско-хозяйственных отходов, отходов лесозаготовок и лесопереработок

+

+/–

+ 6)

9.

Биомасса. Биоэнергетическая переработка отходов

+

+

+ 7)

10.

Биомасса. газификация

+

+

0

11.

Биомасса. Получение жидкого топлива

+

+

+ 8)

12.

Установки по утилизации низкопотенциального тепла

+

+

0

+ положительное влияние, – отрицательное влияние, 0 – отсутствие влияния

1 Водоподъемные установки на паствищах и в удаленных населенных пунктах.

2 Орошение земель на базе малых водохранилищ; водоподъемные устройства таранного типа.

3 Установки для сушки зерна, сена, сельскохозяйственных продуктов, фруктов.

4 Водоподъемные системы, питание охранных устройств на пастбищах.

5 Обогрев теплиц геотермальными водами.

6 Использование золы в качестве удобрения.

7 Получение экологически чистых удобрений в результате сбраживания отходов.

8 Получение дизельного топлива из семян рапса – самообеспечение сельского хозяйства дизельным топливом.

К недостаткам возобновляемых источников энергии можно отнести:

– слабый потенциал энергии;

– нестабильный график выхода (ветер, солнце, приливы);

– некоторые элементы и устройства использования энергии возобновляемых источников энергии сложны в изготовлении и/или могут быть экологически небезопасными.

Литература

  1.  Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под общ. ред. чл.-корр. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зорина. – 3-е изд., перераб и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 564 с. – (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн. 2).
  2.  Лисиенко, В.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев // Под ред. В.Г. Лисиенко. – М.: Теплотехник, 2005. – 688 с.
  3.  Сибикин, Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учебное издание / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. – М.: ИП РадиоСофт, 2008. – 228 с.

6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67649. ГДЗ по алгебре за 7 класс. Домашняя работа по алгебре за 7 класс 1.37 MB
  Домашняя работа по алгебре за 7 класс к учебнику «Алгебра: Учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений / Ю.Н. Макарычев, Н.Г. Миндюк, К.И. Нешков, С.Б. Суворова; Под ред. С.А. Теляковского — 12-е изд. — М.: Просвещение, 2003 г.»
67650. ГЗД. Алгебра и начала математического анализа10 класс 12.35 KB
  Домашняя работа по алгебре и началам математического анализа за 10 класс. Пособие адресовано родителям, а в случае необходимости помочь детям в выполнении домашней работы по алгебре и началам математического анализа. Преобразование тригонометрических выражений. Тригонометрические уравнения.
67657. ПЕРЕНОСНА ЗВУКОВА СТАНЦІЯ 4.19 MB
  В даному дипломному проекті виконано аналіз різних видів звукових станцій та розроблено власну переносну звукову станцію. Нова розробка має ряд переваг над своїми аналогами. Її простота перш завсе заклечається в тому що майже всі блоки зв’язані між собою по І2С шині.