VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Нетрадиционные источники энергии как стратегия энергосбережения
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В условиях возрастающего спроса на энергоресурсы и роста тарифов на них, а также ухудшения экологии, сокращения запасов нефти, угля и газа – особое значение приобретают вопросы энергосбережения. Сегодня многие страны мира разрабатывают и реализуют стратегии эффективного использования энергетических ресурсов. Одна из них – использование нетрадиционных источников энергии (НИЭ).
Мы провели анкетирование среди обучающихся 1-го и 2-го курса и задали следующие вопросы:
Какие источники энергии вы знаете?
Что такое эко энергетика?
Вы что-нибудь знаете о не возобновляемых и возобновляемых источниках энергии?
Нужен ли новый лидер энергетики и какие ваши предложения?
Какое экологическое состояние в Крыму?
Результаты анкетирования оказались следующими:
- все обучающиеся нашего техникума знают источники энергии;
- почти все обучающиеся знают, что такое эко энергетика;
- не все справились с ответом на вопрос о не возобновляемых и возобновляемых источниках энергии.
То, что нужен новый лидер энергетики справились -30 %,
То, что нужно беречь экологическое состояние Крыма справились– 65 %,
То. Что нужны ядерные источники в Крыму– 5 %,
После анкетирования мы пришли к тому, что надо исследовать нетрадиционные источники энергии.
Цель работы: исследование моделей альтернативных источников энергии и определение наиболее эффективных из них для возможного использования в Крыму.
Задачи:
- провести анализ информации о нетрадиционных источниках энергии;
- создать модели нетрадиционных источников энергии для исследования;
- установить, какие нетрадиционные источники энергии целесообразно использовать в Крыму.
Объект исследования: нетрадиционные источники энергии.
Предмет исследования: модели нетрадиционных источников энергии.
Методы исследования:
Теоретические: 1. Анализ и синтез 2. Аналогия 3. Моделирование 4. Сравнение 5. Систематизация.
Эмпирические: 4 1. Наблюдение 2. Эксперимент 3. Измерение 4. Обобщение.
Гипотеза: учитывая географическое расположение и климатические условия Крыма возможно применение таких нетрадиционных источников энергии, как энергия солнца, энергия ветра, энергия биомассы, энергия малых рек и водосбросов, геотермальная энергия, тепловая энергия подземного грунта и поверхностных вод.
АКТУАЛЬНОСТЬ
Мы думаем, что наша исследовательская работа актуальна, так как в данное время наблюдается кризис в стране. Получение энергии альтернативными способами будет способствовать улучшению благосостояния населения, и являться одним из природоохранных мероприятий. Замена традиционных источников энергии на альтернативные будет способствовать улучшению экологии и удешевлению электроэнергии. На данный момент нетрадиционные источники энергии способны эффективно снабжать энергией лишь небольшое количество потребителей, например, частный дом или космическую станцию. В будущем переход на альтернативные источники энергии возможен, но пока для отдельных групп потребителей малой энергосистемы. Но потенциал этих источников велик.
Обзор литературы:Струкова Е. Энергия будущего: что делать, когда закончатся нефть, газ и уголь? [Электронный ресурс] - http://www.topaz-s. kz/news/index. php? ELEMENT_ID=334
Аннотация:Рассматривается потенциал распределенной энергетики для ответа на основные вызовы энергетики РФ в ближайшее время. Исследована возможность применения распределенной энергетики для восполнения потребности в генерирующих мощностях.
Осознанная необходимость энергии.
Энергетический кризис - проблема не одного города, района, края, - это проблема всего Человечества, всего населения Земли. Кто из нас не задумывался над тем, как люди будут жить дальше, когда выберут из Земли все запасы? "ЗАПАСЫ", - так и называются, потому что были припасены для нас на время. На какое?!! Да пока мы сами не научимся воспроизводить энергию, а не качать ее из матушки-Земли! Поэтому и необходимо искать новые
ИСТОЧНИКИ энергии. Рассмотрим два класса энергоносителей:
- не возобновляемые источники энергии: уголь, нефть, газ, торф, ядерная энергия. В геологическом масштабе восполняются за миллионы лет;
- возобновляемые источники энергии: солнечная энергия, энергия речной воды, геотермальная энергия, промышленные и бытовые отходы, ветер, биомасса, энергия морских приливов. Постоянно восполняющиеся в результате естественных(природных) процессов.
Экологический ущерб, наносимый использованием не возобновляемых органических энергоносителей (уголь, нефть, мазут) и ядерного топлива, а также быстрое истощение этих энергоресурсов, обусловливают настоятельную необходимость в переводе генерации электроэнергии на возобновляемые, экологически чистые источники.
Для Крыма проблема возобновляемой энергетики имеет двойное значение. На самом полуострове вырабатывается не больше 8% потребляемой энергии.
К концу 2019 года возобновляемые источники энергии в Крыму будут давать 50% от общей мощности. Об этом заявил первый заместитель министра топлива и энергетики Республики Крым Герасимов Руслана Ивановича. Пока солнечные станции дают Крыму не более 300 МВт. Еще 80-90 МВт генерируют с помощью ветра. «Мы планируем в течение ближайшего года запустить в республике еще одну солнечную станцию общей мощностью 110 МВт, также с привлечением инвесторов произведем реконструкцию существующих ветроэлектростанций. Общая мощность ВИЭ достигнет около 500 МВт, что составит 50% от общей мощности», – цитирует Герасимов ТАСС.
Возможно, речь идет о солнечной электростанции во Владиславовке вблизи Феодосии: ее полностью смонтировали еще в 2015 году, но так и не запустили. Возможно, потому, что правительство Крыма всерьез не рассматривало возобновляемые источники энергии как альтернативу традиционным.
Коммунальщики настроены более оптимистично: нагрев воды с помощью солнечных батарей в Крыму обходится дешевле, чем нагрев газом или электричеством, и установка гелиосистемы на крыше зданий кажется достаточно дорогой, но окупит себя за 10-15 лет, пояснилдиректор одной из управляющих компаний Ялты Олег Мещеряков: «Пока гелиоустановки не получила достаточного применения в Крыму, но как только стоимость 1 киловатта приблизится к 10 рублям, все вспомнят про солнце».
Теперь, когда правительство России обратило внимание на возобновляемые источники и заявило о намерении в течение 20 лет в 10 раз увеличить производство электрической энергии на их основе, Крыму, с учетом энергодефицита, придется всерьез заняться этим вопросом. Возможности для решения проблемы есть: например, на севере полуострова постоянно дуют сильные ветра. И установка ветроэнергетических станций могла бы обеспечить электроэнергией градообразующие предприятия и близлежащие населенные пункты.
Анализ отечественного опыта эксплуатации энергетических объектов, которые используют нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, а также учет зарубежного опыта в этой области показывают, что приоритет в развитии и внедрении энергосберегающих мероприятий необходимо, в первую очередь отдать технологиям и научно-техническим разработкам по использованию: солнечного излучения, ветра, гидроэнергии малых рек, потенциала существующих гидросооружений и городских инженерных сетей, тепловой энергии морской воды и водохранилищ, сбросной теплоты промышленных стоков и городских очистных сооружений, использование биомассы сельскохозяйственных отходов и других видов НВИЭ.
Основными задачами на сегодняшний момент являются: - разработка законодательства об альтернативных источниках энергии; - разработка законодательной и правовой базы для экономического стимулирования руководителей и специалистов предприятий и организаций за разработку и внедрение энергосберегающих технологий; - определение реальных энергетических возможностей по использованию природных возобновляемых и нетрадиционных источников энергии, создание кадастра для каждого характерного района Крыма; разработка и реализация энергетически эффективных схем развития городов и населенных пунктов Крыма с применением новых технологий и оборудования по использованию НВИЭ, - создание специализированных региональных предприятий по производству энергосберегающего оборудования, его сертификации, монтажу и сервисному обслуживанию; - обеспечение научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по разработке и внедрению установок по использованию НВИЭ; - создание научно-технических центров по подготовке и обучению специалистов по вопросам энергосбережения.
Виды нетрадиционных источников энергии:
Солнечная и ветровая энергии (Приложение таблица №1)
Плюсы и минусы НИЭ.
Каковы же эти нетрадиционные и возобновляемые источники энергии? К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн, биомассы (растения, различные виды органических отходов), низко потенциальную энергию окружающей среды. К НВИЭ также принято относить малые ГЭС (мощностью до 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных - более крупных - ГЭС только масштабом. (Приложение рис.1)
Указанные источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.
Отрицательные качества - это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками.
Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они чувствительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.
Вывод: технические и экономические трудности при использовании НВИЭ показывают, насколько сложно организовать их крупномасштабное применение.
Крым не может без энергии!
В
29
озьмем наш полуостров. Экономический кризис, затронувший все отрасли агропромышленного комплекса Крыма, наиболее серьезно проявился в инвестиционной политике.
Расширение, развитие производства, повышение объемов продукции невозможно без увеличения потребления электрической энергии. Применение электроэнергии в производстве позволяет интенсифицировать технологические процессы, обеспечивает их автоматизацию и высокую точность регулирования, что ведет к значительному росту производительности труда, сокращению расхода материальных ресурсов и повышению качества продукции.
Для выхода из кризиса предприятиям необходимы интенсивные вложения капитала именно в экологически чистое оборудование, которое может обеспечить не только экономический, но и социальный эффект.
Вывод:
Возникла потребность в изучении возможных источников обеспечения электроснабжения, в том числе нетрадиционных, источников финансирования инвестиций в основной капитал, определении роли инвестиционной политики в повышении финансовых результатов деятельности производства, совершенствовании методических подходов анализа эффективности инвестиций в формирование материальной базы для увеличения электропотребления предприятиями.
Заключение.
В наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже.
Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерные источники.
Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие права гражданства и линия экстенсивная: 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.
Мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия и что все преграды и трудности будут преодолены.
Рассказ об энергии может быть бесконечен, неисчислимы альтернативные формы ее использования при условии, что мы должны разработать для этого эффективные и экономичные методы. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений, есть только разумный выбор".
Активная политика энергосбережения позволяет существенно снизить потребление не возобновляемых источников энергии и свести к минимуму загрязнение окружающей среды. Важно понять, что проводить ее необходимо на всех уровнях общества – от ООН и правительств стран до каждого гражданина.
Изменить направление прогресса должны люди – потребители и избиратели, руководители и инженеры, политики журналисты. Экологическое состояние мира требует незамедлительных действий.
Наша гипотеза подтвердилась. Предполагаемые источники энергии более всего подошли к климатическим и географическим условиям нашей местности. Развитие их в Крыму, по нашему мнению, будет экономически выгодным.
Используемая литература:
1.Благородов В.Н. Проблемы и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии // Энергетик, 1999, № 10, с. 16-18.
2.Ветровая энергия: Учебное пособие для школ. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.
3.Калашников Н.П. «Альтернативные источники энергии» М.: Знание 2008 г.
4. Солнечная энергия: Учебное пособие для школ. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд –Волгоград ”, 2000.
5.Струкова Е. Энергия будущего: что делать, когда закончатся нефть, газ и уголь? [Электронный ресурс] - http://www.topaz-s. kz/news/index. php? ELEMENT_ID=334
Приложение:
Рисунок №1
|
Поле зеркал-гелиостатов Крымской солнечной электростанции |
||||||||||
|
Таблица № 1 Виды нетрадиционных источников энергии
Преимущества и недостатки солнечной энергии. Солнечная энергия является одним из нетрадиционных источников энергии не случайно. Главным отличием Солнца от остальных источников энергии является возобновляемость и постоянство. Независимо от любой деятельности человечества Солнце будет долго направлять свою энергию в сторону нашей планеты. Вот только будет ли доходить эта энергия до нас постоянно и в нужном нам количестве? Плохие погодные условии могут помешать доступу солнечной энергии, в этом заключается непостоянство этого вида энергии, а точнее, непостоянство выработки солнечной энергии электростанциями данного вида. О количестве поступающей энергии можно не беспокоиться, её хватает на все нужды человечества с огромным запасом, поэтому мы может говорить об изобилии данного источника энергии. Солнечная энергия доступная, особенно в широтах, ближе к экваториальным, чистая, экономичная, т.к. позволяет восполнить небольшие затраты энергии частного собственника, что помогает ему меньше использовать энергии из общей электросети. Солнечная энергия универсальна: солнечные батареи используются практически везде, начиная от обычных калькуляторов и часов и заканчивая космическими станциями и спутниками. Но разработка солнечной энергии началась сравнительно недавно, создание солнечных батарей требует огромных затрат и усилий, а для обслуживания батарей также необходима энергия. Главными компонентами современных солнечных батарей являются кремний, индий, теллур, медь и кадмий. Если кремний и медь можно добыть в больших объёмах, то остальные металлы редкие и дорогие. При создании и утилизации батарей загрязняется окружающая среда, т.к. многие компоненты ядовиты. Эффективность батарей редко доходит до 20%. Остальная энергия, получаемая батареями (80%), нагревает их, из-за этого требуется энергия на их охлаждение. Мощность батареи зависит от её площади, поэтому для добычи энергии промышленными масштабами необходимы огромные пространства для солнечных батарей. Из-за непостоянства получаемой энергии (см. выше.) для обеспечения человека энергией в любое время необходимо её аккумулировать, что снова требует затрат уже для создания аккумуляторов. |
|
Вид |
Энергия |
Причина возникновения |
Преимущества |
Недостатки |
|
В |
Кинетическая энергия ветра. |
Термоядерный реакция превращения водорода в гелий; нагревание слоёв атмосферы; движение воздушных масс вследствие конвекции. |
1. Чистота; 2.Возобновляемость; 3. Эргономичность; 4. Экономичность. |
1. Непостоянство; 2. Дороговизна; 3. Маломощность; 4. Вред и опасность для окружающей среды и человека; 5. Шум; 6. Радиопомехи; 7.Малодоступность; 8. Дополнительные энергозатраты. |
Преимущества и недостатки ветровой энергии. Говоря об энергии ветра, стоит заметить, что люди научились ею пользоваться ещё в Средние века. Первые мельницы, перемалывающие зерна в муку, работали благодаря рекам и ветру. Этот источник энергии чистый и возобновляемый. Из года в год повторяется движение воздушных масс: их скорость, направление, время. По данным метеорологов мы можем понять, что ветра непостоянны и мы не можем получать ежедневную выгоду из ветряных электростанций. Также бывают дни, когда ветряная электростанция вырабатывает энергию больше своей нормы, больше 100%. В этом заключается главный недостаток ветровой энергии – она непостоянна. Максимальный кпд η по закону Беца, открытым немецким физиком Альбертом Бецом в 1919 году, не может превышать 59,3%. На практике же мы получаем ещё меньше энергии, т.к. максимальный η возможен лишь при непрерывном ветре, а ветер – непостоянен. Отсюда можно судить о маломощности ветряных электростанций. В купе с дороговизной устанавливаемых мельниц (1,04 млн евро за 1 МВт по данным 2010 года) в общий список недостатков входят такие проблемы как вредное воздействие ветрогенераторов на некоторых животных особей и человека, возникновение радиопомех в зоне действия ветрогенератора, невозможность повсеместного использования и дополнительные энергозатраты на ветрогенераторы, т.к. в случае безветренной погоды аккумуляторы, запасающие энергию ветра, начинают разряжаться, и их срок службы существенно снижается. Ветрогенераторы сильно «шумят», создавая низкочастотные звуки, отрицательно влияющие на животных и человека, поэтому данные установки находятся в отдалении от населённых пунктов, а при массовом перелёте птиц во избежание их столкновения с лопастями ветрогенераторы временно выключают. Но есть и пара плюсов. Использование ветрогенераторов частично помогает восполнять энергозатраты человека. Установка возможна в труднодоступных местах: горах, арктических островах. При правильном подходе дизайнеров, ветрогенератор может прекрасно вписаться в окружающий его пейзаж и выглядеть эргономично.
14