XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Современная энергетика: проблемы и перспективы развития в Липецкой области

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Первеева К.А. 1

---

1МБОУ гимназия № 1 г. Задонска

Труфанова М.Г. 1

---

1МБОУ гимназия №1 г Задонска Липецкая область

Работа в формате PDF

850 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность:

Энергетика из всех отраслей деятельности человека оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Мы не можем и дня прожить без использования электроэнергии, и потребности в энергии растут с каждым днем. Наша цивилизация очень динамичная, и любые изменения, происходящие в нашей жизни, в первую очередь требуют энергозатрат.

Однако при современных темпах энергопотребления ресурсов хватит максимум на сто лет, причем они практически невосполнимы, что становится реальной проблемой для человечества.

Проблема:

Электроэнергию получают из природных ресурсов, а когда они закончатся, что тогда?.

Цель: Изучить виды современной энергетики и перспективы ее развития.

Задачи:

1) изучить каким образом человечество получает энергию;

2) изучить виды энергии;

3) альтернативные источники энергии;

4)изучить преимущества и недостатки традиционного и современного получения энергии;

5) выявить, какие альтернативные источники энергии наиболее целесообразны в Липецкой области.

Гипотеза: 

Возможно, альтернативные источники энергии действительно являются наиболее выгодной заменой традиционным источникам.

Основные методы, используемые в данной работе:

• изучение разнообразных источников информации;

• анализ полученных сведений;

• обобщение;

• сравнение;

• моделирование;

1.Энергетика

Основным потребителем электроэнергии остается промышленность, хотя ее удельный вес в общем полезном потреблении электроэнергии во всём мире значительно снижается. Электроэнергия в быту является основной частью обеспечения комфортабельной жизни людей.

Энергопотребление в Единой энергетической системе России в 2022 году выросло на 1,5%

Рассмотрим статистику нашей энергетической системы с 1991 г. по 2022г., а так же попытаюсь предположить, что ожидает нас в 2023г. и какие компании могут пострадать и уже страдают.

В прошлом году Россия столкнулась с большой проблемой. На Россию были наложены санкции недружественных стран.

Экспорт снизился в 2022г. на 8,9 млрд. кВт*ч. к 2021г., но в 2023г. он может снизится еще на 4 млрд. кВт*ч (а может и больше), по причине того, что мы больше не поставляем электроэнергию в Европейский союз и не ясна ситуация с поставками на Украину (в 2021г. поставляли 5,5 млрд. кВт*ч), а это значит выработка электростанциями в России в 2023г. может снизится, но нужно снабжать

энергией и новые территории пришедшие к России в 2022г.

Широко будет субсидироваться « Зеленая энергетика». Энергетика, которая использует неисчерпаемые естественные источники – ветер, вода, солнце, тепло земли.

2.     Типы и виды электростанций

Для получения электроэнергии можно использовать топливные ресурсы, ядерную энергию, гидроресурсы, альтернативные виды энергии.

С учетом того, что топливные ресурсы не бесконечные, гидроэлектростанции невозможно строить повсеместно, а атомная энергетика довольно опасна, то необходимо обратить более пристальное внимание именно на нетрадиционные виды электроэнергетики.

3.     Альтернативная энергетика.

Большие надежды в мире возлагаются на так называемые альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии.

К таким источникам можно отнести:

энергию солнца,

энергию ветра,

энергию приливов,

глубинное тепло Земли,

топливо из биомассы.

Солнечная энергия

Ведущим экологически чистым источником энергии является Солнце. В настоящее время используется лишь малая часть солнечной энергии из-за того, что существующие солнечные батареи имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия и очень дороги в производстве. Специалисты утверждают, что гелиоэнергетика могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии на тысячи лет вперед. Но перед ней встает множество проблем, связанных с сооружением, размещением и эксплуатацией гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности. Поэтому общий удельный вес гелиоэнергетики был и останется довольно скромным.

Таблица 1. Топ стран, которые вырабатывают солнечную энергию

Таблица 2. Самые крупные СЭС России

В Краснодарском крае планируется строительство 18 солнечных электростанций. Первым проектом, запланированным к реализации на территории Крымского района, предусмотрено строительство тепловой электростанции «Ударная ТЭС».

Энергия ветра

Ветроэнергетика – один из самых перспективных способов получения энергии. Затраты на получение энергии от ветра сводятся главным образом к установке необходимого оборудования. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Поэтому правительства разных стран считают развитие ветроэнергетики одной из стратегических государственных задач.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. В начале ХХ века в России насчитывалось около 250 тысяч ветряных мельниц, которые перерабатывали почти половину урожая зерновых. В настоящий момент ветроэнергетика является быстро развивающейся и перспективной отраслью.

Таблица 3. Крупные ВЭС в России

Геотермальная энергетика – это производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счет энергии, содержащейся в недрах Земли. Источниками геотермальной энергии являются магма, горячие подземные воды и сухие нагретые породы. Ясно, что геотермальная теплота представляет собой несомненно самый крупный источник энергии, которым в настоящее время располагает человек. Причем это энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для ее получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы.

Таблица 5. Крупные ГеоЭС в России

Энергия приливов и отливов

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция. (рис 16)

В России c 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря, вблизи поселка Ура-Губа Мурманской области. Первая и единственная приливная электростанция России. Состоит на государственном учёте как памятник науки и техники. Мощность станции — 1,7 МВт (первоначально 0,4 МВт). Станция установлена в узкой части губы Кислая, высота приливов в которой достигает 5 метров.

4. Вероятные альтернативные источники энергии в Липецкой области.

Все эти технологии актуальны, но имеют свою область применения, так как зависят от многих внешних факторов того или иного региона. Учитывая высокую стоимость внедрения альтернативных источников, становится важным предварительный анализ погодных и географических условий территории, на которой планируется применение технологии получения альтернативной энергии.

Липецкая область располагается в центральной части Европейской России. Развитая промышленность и сельское хозяйство является мощным стимулом освоения ранее свободных территорий и развития строительства частного сектора и объектов малого предпринимательства. Не всегда и не везде к такому жилью есть возможность подведения стандартных источников энергии. А постоянный рост тарифов вынуждает задуматься над замещением таких источников альтернативными видами энергии. Так, есть ли возможность, использовать альтернативные источники энергии в нашей области? Попытаюсь определить степень внедрения и развития альтернативных источников энергии в г. Липецке и Липецкой области.

На основе анализа данных Липецкстата проризводство электроэнергии в Липецкой области за период с 2017 по 2021 год выросло на 105,2%

Поиски новых видов энергии в Липецкой области

Общий объем потребления топливно-энергетических ресурсов в Липецкой области составляет в среднем 19,3 млн. тонн условного топлива в год, основная доля которого приходится на обрабатывающие производства (61,5%),прочие виды экономической деятельности (21,4%), производство и распределение электроэнергии, газа и воды (7,2%), сельское хозяйство (4,7%), транспорт и связь (0,7%).

Более половины объема электроэнергии получены из-за пределов области: 7742 кВт ч. Топливно-энергетический баланс Липецкой области недостаточно оптимизирован с учетом возможности использования местных, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Кроме того, энергосистема Липецкой области является дефицитной в части производства электрической энергии, только 43% потребности региона в электроэнергии покрывается за счет собственной выработки теплоэлектроцентралями.

Анализ информационных источников позволил сделать выводы о том, что с учетом стоимости и реальности внедрения на территории Липецкой области возможно применение следующих альтернативных источников энергии:

1) ветрогенераторы;

2) солнечные батареи;

3) генераторы электрической энергии с двигателями на альтернативном топливе (газ, биотопливо);

4) топливные элементы;

5) теплогенераторы.

Сложность внедрения технологий п.п.3-5 и их высокая стоимость позволяют уже на этапе первоначального анализа отклонить их применение в условиях поставленной цели.

Генераторы на основе солнечной энергии.

На территории Липецкой области внедряются современные инновационные технологии, позволяющие вырабатывать электроэнергию используя солнечное излучение.

Так на крышах четырех зданий ФКУ «Главное бюро медико-социальной экспертизы по Липецкой области», расположенных в областном центре, городах Елец и Грязи,  установлены монохромные солнечные батареи фирмы Bosch.  Установка новейшей передовой техники позволяет ежедневно вырабатывать за счет энергии солнца от 6,5 до 7,0 тыс. кВт*ч. В текущем году планируется увеличить количество солнечных панелей и за счет выработанной энергии обеспечить здания собственной тепловой энергией на нужды отопления и горячего водоснабжения.

Кроме того, на федеральных трассах Липецкой области, произведена установка более 100 автономных осветительных систем (АОС). Такое мероприятие является оптимальным решением проблем, связанных с отсутствием возможности подключения электричества или высоких затрат на него. Если в населенных пунктах линии электроосвещения подключаются к стационарным источникам питания, то на тех участках дорог, где такая возможность отсутствует, применяют АОС.

При условии полной зарядки аккумуляторных батарей АОС работает 72 часа, планируемый срок ее службы составляет 25 лет.

На данный момент в городе Ельце установлено 35 фонарей на солнечных батареях на общую стоимость около 3 млн. руб. Фонари устанавливались на улицах, на которых уличное освещение отсутствовало. По расчетам специалистов годовой экономический эффект от установки светильников составит 15904 кВт*ч/год.
В Липецке активно устанавливают новые «умные» светофоры. Современные регулировщики в тридцать раз экономичнее, а главное цвета на них водители различают лучше. Уже сейчас за работой светофоров примерно на тридцати перекрестках сотрудники предприятия «Горсвет», именно они отвечают за технику, могут следить дистанционно. Задача максимум — видеть все объекты и оперативно следить за ситуацией, минимизируя пробки. Для этого специалисты сейчас работают над созданием Центра организации дорожного движения.

Солнечные батареи обладают массой достоинств:

Экономичность

Единственным минусом солнечных батарей принято считать их высокую стоимость. Однако, перечисленные выше достоинства с лихвой окупят все лишние траты.

Генераторы на основе энергии ветра

Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью и наша область не осталась в стороне от этого вопроса.
Из интервью начальника Управления энергетики и тарифов Липецкой области Альберта Соковых (20.12.2017г): «В ближайшее время мы планируем провести мониторинг ветровой нагрузки и энергии солнца на территории всей Липецкой области. Результат этих кропотливых и технологически сложных исследований позволит нам определить точки размещения станций. Отдельное внимание уделим возможности строительства ветропарка мощностью свыше 35 МВт на территории Елецкого участка ОЭЗ «Липецк».
Власти города Липецка рассчитывали запустить первую ветряную электростанцию еще в 2019 г. Необходимую площадку для строительства подыскивают в Елецком, Задонском, Хлевенском или Усманском районах. Инвестиции в проект составят около 1 млн евро. Финансирование планировалось осуществить за счет инвесторов.

Станция будет девятилопастная, включается в работу при скорости ветра три метра в секунду, звуковое воздействие из-за более высокой амплитуды вращения значительно уменьшается. Коэффициент полезного действия составит до 70%. При стоимости в миллион евро срок окупаемости — не более семи лет. Парк таких ветряков способен удовлетворить потребности в электроэнергии все предприятия ОЭЗ «Липецк».

Фото с сайта http://www.cleanenergo.ru/2018/v-lipetskoj-oblasti-k-sleduyushhemu-godu-planiruyut-postroit-pervuyu-vetryanuyu-elektrostantsiyu/

Проанализировав возможности Липецкой области, можно сделать вывод, что, из основных причин внедрения альтернативных источников энергии, самой актуальной является снижение затрат на оплату электроэнергии.

Из рассмотренных технологий экономически выгодным является применение ветрогенераторов мощностью не менее 2 мВт. При сроке эксплуатации ветрогенераторов более 10 лет возникает реальная экономия денежных средств.

Солнечные батареи можно применять в качестве резервного источника питания небольшой мощности, но в случае снижения цены на такие системы экономическая выгода может сравниться с выгодой от ветрогенераторов.

Заключение

Человечество на данном этапе развития не может существовать без энергетики. Все процессы так или иначе связаны с ней. И неизменно то, что доля потребления энергии всегда возрастает. Традиционные источники энергии уже не способны удовлетворить бесконечные энергетические потребности без помощи нетрадиционных.

Ограниченность запасов природных ресурсов, а также вред традиционных источников энергии для окружающей среды вынуждают человечество искать альтернативные источники энергии. К таким относятся гелиоэнергетика, ветроэнергетика, энергетика проливов, отливов и т.д.  Большие надежды в мире возлагаются на альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии.

На основе изученных данных мы выяснили, что наиболее вероятные альтернативные источники энергии в Липецкой области – это солнечная и ветровая энергия.

Список использованной литературы

1. Безруких П. П. Роль возобновляемой энергетики в энергосбережении в мире и России // Электрика. — 2004. — № 4. — С. 3–5.

2. Бейсенов, К. С. Проблемы и перспективы развития электроэнергетики в современных условиях / К. С. Бейсенов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 20 (154). — С. 235-237.

3. Коробейников А. Возобновляемые источники энергии. Исследование эффективности применения на территории Липецкой области. - Липецк: Г(О)БОУ ДОД ЦЕНТР РАЗВИТИЯ ТВОРЧЕСТВА ДЕТЕЙ И ЮНОШЕСТВА, 2015 г.- 20 с.

4. Лукутин Б. В., Суржикова О. А., Шандарова Е. Б. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении. -М.: Энергоатомиздат, 2008. — 231 с.

5. М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.В. Пронина. Альтернативные энергоносители- Москва: Изд. Наука, 2004 г.- 157 с.

6. Постановление Администрации Липецкой области от 7 ноября 2013 г. N 499 Об утверждении государственной программы Липецкой области "Энергоэффективность и развитие энергетики в Липецкой области". Приложение//c.3-5

7. Ушаков В. Я. Возобновляемая и альтернативная энергетика: ресурсосбережение и защита окружающей среды. — Томск: Изд-во «СибГрафикс», 2011. — 137 с.

Статья из газеты

Электронные ресурсы

8. Управление Энергетики и тарифов Липецкой области - http://energy48.ru/

9. Альтернативная энергетика в Липецкой области- http://e-saving.energy48.ru/alt/news

10. Википедия- https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0

11. https://www.kommersant.ru/

12. https://smart-lab.ru/company/mozgovik/blog/871661.php