III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПЛЮСЫ И МИНУСЫ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
Использование энергии является основой развития человеческого общества и позволяет ему изменять окружающую среду.
Данная работа носит поисково- аналитический характер.
Цель работы: Найти плюсы и минусы альтернативных источников энергии
Задачи работы:
Узнать, какие бывают альтернативные способы выработки энергии.
Узнать, как они работают.
Можно ли их использовать в повседневной жизни.
Изучить плюсы и минусы их применения.
2.Проблема поиска новых способов выработки энергии
К традиционным источникам относят средства выработки энергии, функционирующие на нефти, угле и природном газе. Все это - невозобновимые источники. Планета обладает ограниченными их запасами. И это ставит перед человечеством проблему поиска новых способов выработки энергии, ведь через некоторое время эти запасы могут закончиться. Энергосберегающие технологии и охрана природы - важнейший аспект промышленности ближайшего времени.
Мы мало задумываемся о том, как загрязняют мировое пространство такие отрасли, как металлургия, добыча полезных ископаемых, традиционная большая энергетика (как топливная, так и нетопливная).
К так называемым нетрадиционным источникам энергии относятся геотермальная энергия, энергия солнца, энергия ветра, морских волн, тепла морей и океанов, а также малая гидроэнергетика - морские приливы и отливы, биогазовые установки и другие преобразователи энергии.
3.Геотермальные электростанции
Геотермальные электростанции, в которых используется энергия теплой воды
В СССРпервая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность — 12 МВт.
Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления воды (обычно отработанной) в подземный водоносный
горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов и химических соединений, что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.
4.Солнечные электростанции и батареи
Солнечные электростанции и батареи - используется энергия солнца.
Солнечная энергетика — направление нетрадиционнойэнергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.
Солнечное излучение - один из наиболее перспективных источников энергии будущего. Преобразование солнечной энергии может осуществляться двумя основными способами: фотоэлектрическим (прямое преобразование световой энергии в электрическую) и фототермическим (преобразование световой энергии в тепловую, а затем, при необходимости, в электрическую).
Фотоэлектрические станции – это установки, принцип действия которых состоит в прямом преобразовании солнечного света в постоянный электрический ток. Энергия может использоваться как напрямую, так и запасаться в аккумуляторных батареях. Для получения переменного тока необходимо использовать преобразователи – инверторы. Солнечные электростанции могут подключаться к электрическим сетям и передавать в них выработанную энергию, а также использоваться в качестве автономного или резервного источника питания.
Солнечные батареи (фотоэлектрический преобразователь) или ФЭП служат для преобразования солнечной энергии в электрическую.
Самый большой недостаток к использованию солнечной энергии является стоимость технологии. Солнечные фотогальванические элементы и солнечные коллекторы все еще очень дороги. Использовать такую технологию для того, чтобы генерировать электричество в широком масштабе слишком дорого, по крайней мере вначале двадцать первого столетия. Другая большая проблема с солнечной технологией состоит в том, что солнечная энергия может быть не доступна в определённое время суток, от погодных условий и в определённых участках на Земле. Густой облачный покров может ограничить использование некоторых систем солнечной энергии. Некоторые системы могут использоваться в принципе, если прямой солнечный свет не доступен в полном объеме. В большинстве областей мира могут использоваться только устройства для получения солнечной энергии низкой мощности из-за нехватки прямого солнечного света.
5.Ветроэнергетические установки
Ветроэнергетические установки - используется энергия ветра
Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) - устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.
Ветроэлектрические установки могут работать как совместно с сетью, так и в автономном режиме. Принцип действия ветрогенераторов заключается в следующем: ветер раскручивает лопасти, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор, в свою очередь, вырабатывает электрическую энергию, которая подаётся на контроллер, где преобразуется до нормативных показателей частоты и напряжения.
Основное отличие от традиционных тепловых и атомных источников энергии заключается в полном отсутствии сырья и отходов. Соответственно, ветрогенераторы не наносят никакого вреда окружающей среде.
Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети,– в результате получается ветровая электростанция (ВЭС). Единственное важное требование для ВЭС – это высокий среднегодовой уровень ветра. Небольшие ветрогенераторы могут эффективно работать и при относительно низких скоростях ветра, поэтому имеют более широкую географию установки. Активно развивается индустрия домашних ветрогенераторов. К примеру, для обеспечения электроэнергией небольшого дома вполне достаточно установки номинальной мощностью 2 кВт при скорости ветра 8 м/с. Если местность не ветреная, ветрогенератор можно дополнить фотоэлектрическими элементами или дизель-генератором.
Существуют два основных типа ветрогенераторов: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной. Эффективность ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения выше, чем у вертикальных ветрогенераторов.
Ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и, генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей. В итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности малую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит. Многие считают, что при использовании большой ветроэнергетики возникают низкочастотные колебания, губительные для всего живого. Многие птицы якобы пострадали от ветрогенераторов, а в навигационное мышление рыб вносят свои коррективы морские ветропарки.
6. Приливные электростанции
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. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.
В России c 1968 года действует экспериментальная ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляет 1,7 МВт.
ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии р. Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, ее длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Св. Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт.
7.Энергия от тренажеровИдея применения зеленой энергии находит все более проникающее влияние на все сферы нашей жизни. Конструктивной идеей выработки зеленой энергии является использование энергии от тренажеров в спортивном зале для потребительских нужд.
Используя генераторы, подключенные к велотренажерам и беговым дорожкам, тренажерные залы производят достаточно электричества для самоснабжения путем получения энергии от тренировок их посетителей.
8.Необыкновенные зарядники телефона
В совсем недалеком прошлом вновь обрести мобильную связь с севшим аккумулятором телефона было очень проблематично. Ведь большинство производителей мобильных телефонов делают разъемы под зарядное устройство каждый под свой стандарт, да и постоянно носить с собой зарядник тоже довольно неудобно.
Но теперь современные технологии предлагают множество решений данной проблемы, большинство из которых не только позволяют вам в
любое время и в любом месте зарядить свой телефон, но еще и являются частью популярной сейчас "зеленой идеи".
1.Термоэлектрический преобразователь
Иркутские ученые разработали устройство, которое способно давать электричество за счет разницы температур. Это термоэлектрический преобразователь, включающий в себя тонкую пластину с нанокомпозитными добавками. Если положить его на горячую плиту, а сверху поставить стакан с холодной водой, загорается фонарик. Этой энергии хватит, чтобы зарядить телефон или, например, автомобильный аккумулятор.
2. Зарядка от энергии ног
Для продления автономной работы мобильного телефона в практически любых условиях группа американских ученых создала прототип генератора, вырабатывающего электричество для питания мобильного телефона во время ходьбы. Он представляет собой небольшой аппарат, закрепляемый на человеческом колене с помощью скобок и вырабатывающий электричество во время сгибания ноги в колене. Все эти устройства призваны облегчить жизнь пользователям мобильных телефонов в условиях отрыва от сетей переменного тока и довольно неплохо справляются со своими обязанностями.
Даже офисным сотрудникам приходится время от времени передвигаться на своих двоих, так почему бы не использовать и этот источник альтернативной энергии? Специальный девайс, встроенный в обувь, может аккумулировать энергию для последующей зарядки мобильных устройств. Одним из последних проектов, реализующих эту идею, является SolePower. В его рамках разрабатываются обувные стельки, являющиеся резервным источником питания для смартфонов.
Разработчики SolePower из США решили оптимизировать инновацию и сделать зарядным устройством не саму обувь, а стельки, соединенные с браслетом-батареей, закрепляемой на ноге. Заряженную таким образом батарею можно подключить мобильному телефону, аудио-плееру, GPS-навигатору и прочим устройствам. Стельки же, соответственно, можно вставлять в любую обувь, необходимую в зависимости от ситуации. Для того, чтобы обеспечить заряд питания, необходимый iPhone, человеку с такими стельками надо пройти от 4 до 8 км. При этом стельки еще и водонепроницаемые, то есть вполне могут использоваться в походных условиях или в случае стихийных бедствий.
3.Зарядка с помощью дыхания
Когда мы просто дышим, наше тело проделывает работу по перемещению воздушной массы. Чтобы организм не тратил энергию в пустоту, ее можно использовать… для зарядки портативной техники! Именно такое применение имеет маска AIRE.
Этот девайс предполагает использование дыхания для производства электроэнергии. В маску встроено несколько ветряных турбин, движение которых происходит, когда человек дышит. AIRE оснащен также генератором, преобразователем энергии и шнуром, с помощью которого этот девайс можно подключить к своему мобильному телефону.
Заряжать гаджеты пользователи AIRE смогут практически в каждую секунду своей жизни: во время прогулок, пробежек, рабочего дня (если вы не боитесь походить на Бэйна и Дарта Вейдера в одном лице). Снимать ее можно разве что для приема пищи и питья. Однако создатели AIRE предполагают, что это неординарное устройство будет использоваться, в первую очередь, в двух ситуациях: во время сна, когда человек не обращает внимания на наличие маски на своем лице, и во время путешествий, когда рядом нет других источников электроэнергии.
4. Велосипедная зарядка
Здесь проблема решается еще проще. Любители покататься на велосипеде совершают довольно много работы в процессе, так почему бы не использовать ее для получения дополнительной энергии?
Цилиндр миниатюрной динамо-машины крепится у колеса, а зарядное устройство и держатель для телефона — на руль велосипеда. Уже на скорости 12 км/ч эффективность устройства становится такой же, как у обычных зарядных устройств, работающих от электросети.
5. Ручная динамо-зарядка
Эта идея буквально лежала на поверхности и в итоге была реализована несколькими командами. Хотите зарядить севший аккумулятор? Легко, но придется немного поработать. Ручная динамо-зарядка применения физической силы. Вращая ручку приспособления, можно получить драгоценную энергию, способную подзарядить мобильный телефон или любое USB-устройство. Минута вращения создаст достаточно заряда для совершения короткого звонка или отсылки нескольких текстовых сообщений.
6. Ветряные микрогенераторы
Размах лопастей одного такого микрогенератора составляет всего 1,8 мм.
Сделаны они из никелевого сплава, который обеспечивает достаточную
гибкость для того, чтобы выдержать сильный порыв ветра, необходимого для получения энергии. Изобретение в теории позволяет заряжать телефон
или другой гаджет в любом месте, просто помахав им в воздухе или оставив полежать на ветру. Более того, открытие американских ученых сможет составить конкуренцию традиционным солнечным панелям — если покрыть массивом таких ветрогенераторов крышу жилого дома, электроэнергии будет производиться достаточно для бытовых нужд.
Производство ветрогенераторов не требует больших инвестиций, а конечный продукт, по подсчетам ученых, будет стоить недорого. Генераторы уже были успешно испытаны, и сейчас ученые из Техасского университета решают вопрос, как лучше поставить их на коммерческую основу.
7. Зарядное устройство с турбиной
Еще в 2009 году оператор сотовой связи Orange предложил своим абонентам необычную разработку под названием Orange Power Pump. Это устройство, по сути, представляет собой ножной насос со встроенной турбиной, которая и используется для получения электричества и зарядки аккумулятора.
Такой девайс может пригодиться в путешествии или на пляже – аккумулятор смартфона или планшета можно зарядить, пока вы будете подкачивать шины, надувать лодку или матрац.
7. Солнечные батареи в непривычных местах
Солнечная энергия – это энергия возобновляемого источника, который, в принципе, можно считать вечным. Во многих странах солнечные батареи широко используются для бытовых нужд, например, их размещают на крышах домов, а полученную энергию используют для отопления и подогрева воды.
Похожая идея лежит в основе разработки наушников OnBeat с солнечной батареей, которые позволяют не только слушать музыку, но и подзаряжать подключенное к ним мобильное устройство. В девайс встроен гибкий солнечный элемент с выходной мощностью в 0,55 ватт, который охватывает часть головы. Получаемая солнечная энергия сохраняется в
двух ионно-литиевых батареях одинакового веса в каждом из наушников, которые также могут заряжаться по USB и просто от розетки или компьютера.
9.Вывод
Возобновляемая энергетика пока не может в полной мере приравняться к зеленой. К тому же, у нее есть достаточное количество противников в лице экологов, политологов, энергетиков.
В настоящее время в мире всего 1% энергопотребления приходится на альтернативные источники.
Несмотря на это, развитие науки позволит создавать более дешевые и
экологичные альтернативные установки, а значит существенно снизит
и стоимость такой энергии и вред для окружающей среды.
Поэтому переход к альтернативным источникам энергии
неизбежен и они займут достойное место и в нашей повседневной жизни и в промышленности.
10.Источники информации
http://www.3dnews.ru/562396/ ,
http://openutilities.ru/analytics/item/621/ ,
http://www.apn.ru/publications/article17132.htm,
http://altenergo.su/,
http://prikol.i.ua/view/944755/,
http://www.mobiledevice.ru/
http://greenevolution.ru/tag/vozobnovlyaemye-istochniki-energii/
http://www.planetseed.com/ru/relatedarticle/
http://ru.wikipedia.org/wiki/