Нетрадиционные источники энергии

Нетрадиционные источники энергии

Реферат на тему нетрадиционные источники энергии.

П л а н р е ф е р а т а.

*********************************

1. План реферата............................................2

2. Вступление...............................................3

3. Что такое энергия ?......................................6

4. Энергия солнца...........................................8

5. Ветровая энергия........................................10

6. Энергия рек.............................................11

7. Энергия Земли...........................................12

8. Энергия океана..........................................14

9. Атомная энергия.........................................25

10. Заключение..............................................27

11. Список литературы.......................................28

12. Приложения..............................................29

Вступление.

***********

Почему же именно сейчас, как никогда остро, встал вопрос:

что ждет человечество - энергетический голод или энергетичес-

кое изобилие? Не сходят со страниц газет и журналов статьи об

энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцвета-

ют и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду

газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых ус-

тановок или о новых изобретениях в области энергетики. Разра-

батываются гигантские энергетические программы, осуществление

которых потребует громадных усилий и огромных материальных

затрат.

Если в конце прошлого века самая распространенная сейчас

энергия - энергетическая - играла, в общем, вспомогательную и

незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году в

мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов

электроэнергии. Вполне реален прогноз, по которому в 2000 году

будет произведено 30 тысяч миллиардов киловатт-часов! Гигант-

ские цифры, небывалые темпы роста! И все равно энергии будет

мало-потребности в ней растут еще быстрее.

Уровень материальной, а в конечном счете и духовной куль-

туры людей находится в прямой зависимости от количества энер-

гии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить

из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израс-

ходовать энергию. А потребности человека все время растут, да

и людей становится все больше.

Так за чем же остановка? Ученые и изобретатели уже давно

разработали многочисленные способы производства энергии, в

первую очередь электрической. Давайте тогда строить все больше

и больше электростанций, и энергии будет столько, сколько по-

надобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложной зада-

чи, оказывается, таит в себе немало подводных камней.

Неумолимые законы природы утверждают, что получить энер-

гию, пригодную для использования, можно только за счет ее пре-

образований из других форм. Вечные двигатели, якобы производя-

щие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны.

А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложи-

лась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных

киловатт получаются в принципе тем же способом, которым поль-

зовался первобытный человек для согревания,то есть при сжига-

нии топлива, или при использовании запасенной в нем химической

энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых элект-

ростанциях.

Конечно, способы сжигания топлива стали намного сложнее и

совершеннее.

Новые факторы - возросшие цены на нефть, быстрое развитие

атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей

среды- потребовали нового подхода к энергетике.

В разработке Энергетической программы приняли участие

виднейшие ученые нашей страны, специалисты различных минис-

терств и ведомств. С помощью новейших математических моделей

электронно-вычислительные машины рассчитали несколько сотен

вариантов структуры будущего энергетического баланса страны.

Были найдены принципиальные решения, определившие стратегию

развития энергетики страны на грядущие десятилетия.

Хотя в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему

останется теплоэнергетика на невозобновляемых ресурсах, струк-

тура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Су-

щественно возрастет производство электроэнергии на атомных

электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых

гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канс-

ко-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться

природный газ, запасы которого в стране намного превосходят

запасы в других странах.

Энергетическая программа страны-основа нашей техники и

экономики в канун 21 века.

Но ученые заглядывают и вперед, за пределы сроков, уста-

новленных Энергетической программой. На пороге 21 века, и они

трезво отдают себе отсчет в реальностях третьего тысячелетия.

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны.

Природе,чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы

лет,израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали

всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического

разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запа-

сов топлива может хватить на века. К сожалению, многие нефте-

добывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходу-

ют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из

этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально

купаются в золоте, не задумываясь,что через несколько десятков

лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда- а это рано

или поздно случится,-когда месторождения нефти и газа будут

исчерпаны? Происшедшее повышение цен на нефть, необходимую не

только энергетике, но и транспорту, и химии, заставило заду-

маться о других видах топлива, пригодных для замены нефти и

газа. Особенно призадумались тогда те страны, где нет собс-

твенных запасов нефти и газа и которым приходится их покупать.

А пока в мире все больше ученых инженеров занимаются по-

исками новых, нетрадиционных источников, которые могли бы

взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества

энергией. Решение этой задачи исследователи ищут на разных пу-

тях. Самым заманчивым, конечно, является использование вечных,

возобновляемых источников энергии-энергии текущей воды и вет-

ра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, солнца.

Много внимания уделяется развитию атомной энергетики, ученые

ищут способы воспроизведения на Земле процессов, протекающих в

звездах и снабжающих их колоссальными запасами энергии.

ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ

*******************

В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. С

ее помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты. С ее

помощью можно поджарить хлеб, обогреть жилище и привести в

действие кондиционеры, осветить улицы, вывести в море корабли.

Могут сказать что энергией являются нефть и природный

газ. Однако это не так. Чтобы освободить заключенную в них

энергию, их необходимо сжечь, так же как бензин, уголь или

дрова.

Ученые могут сказать, что энергия - способность к совер-

шению работы, а работа совершается, когда на объект действует

физическая сила ( такая, как давление или гравитация ). Сог-

ласно формуле A=F*S , работа равна произведению силы на расс-

тояние, на которое переместился объект. Попросту говоря, рабо-

та - это энергия в действии.

Вы не раз видели, как подпрыгивает крышка закипающего ко-

фейника, как несутся санки по склону горы, как набегающая вол-

на приподнимает плот. Все это примеры работы, энергии в дейс-

твии, действующей на предметы.

Подпрыгивание крышки кофейника было вызвано давлением па-

ра, возникшем при нагревании жидкости. Санки ехали потому, что

существуют гравитационные силы. Энергия волн двигала плот.

В нашем работающем мире основой всего является энергия,

без нее и не будет совершаться работа. Когда энергия имеется в

наличии и может быть использована, любой объект будет совер-

шать работу - иногда созидательную, иногда разрушительную. Да-

же музыкальный инструмент - рояль - способен совершать работу.

Представьте себе, что вдоль внешней стены многоквартирно-

го дома поднимают рояль. Пока люди тянут за за веревки, они

прилагают силу, заставляющую рояль двигаться. В этом случае

работу совершают люди, а не рояль. Он лишь накапливает потен-

циальную энергию по мере того, как все выше и выше поднимается

над землей. Когда, наконец, рояль достигает пятого этажа, он

он сможет висеть на этом уровне до тех пор, пока люди внизу

поддерживают его с помощью веревок и блоков. Однако представь-

те, что веревки обрываются. Немедленно проявится сила гравита-

ции, и потенциальная энергия, накопленная роялем, начнет выс-

вобождаться. Рояль рухнет вниз. Он расплющит все, что попада-

ется на его пути, удариться о тротуар и разобьется вдребезги.

Вся ситуация, разумеется, случайна, и тем не менее служит при-

мером того, что и рояль может совершать работу. В данном слу-

чае - разрушительную, но все же работу.

Мир наполнен энергией, которая может быть использована

для совершения работы разного характера. Энергия может нахо-

диться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом

топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Однако самыми

большими резервуарами накопленной энергии являются океаны -

огромные пространства беспрерывно перемещающихся водных пото-

ков, покрывающих около 71 % всей земной поверхности.

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА

****************

В последнее время интерес к проблеме использования сол-

нечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также отно-

сится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире,

заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.

Потенциальные возможности энергетики, основанной на ис-

пользовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно

велики.

Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого ко-

личества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние

потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - пол-

ностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенци-

альные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним

из наиболее серьезных препятствий такой реализации является

низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших

атмосферных условиях ( южные широты, чистое небо ) плотность

потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. По-

этому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год

энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей че-

ловечества нужно разместить их на территории 130 000 км2 !

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров,

кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты.

Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой

зачерненный металлический ( как правило, алюминиевый ) лист,

внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жид-

костью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной кол-

лектором, жидкость поступает для непосредственного использова-

ния. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного из-

лучения площадью 1 км2, требует примерно 10^4 тонн алюминия.

Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оценива-

ются в 1.17*10^9 тонн.

Из написанного ясно, что существуют разные факторы, огра-

ничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в

будущем для изготовления коллекторов станет возможным приме-

нять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли

ситуация в этом случае ? Будем исходить из того, что на от-

дельной фазе развития энергетики ( после 2100 года ) все миро-

вые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет сол-

нечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом

случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от

1*10^6 до 3*10^6 км2. В то же время общая площадь пахотных зе-

мель в мире составляет сегодня 13*10^6 км2.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким

видам производства энергии. Крупномасштабное использование

солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение пот-

ребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах

для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изго-

товление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их пере-

возки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт*год

электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребу-

ется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традици-

онной энергетике на органическом топливе этот показатель сос-

тавляет 200-500 человеко-часов.

Пока еще электрическая энергия,рожденная солнечными луча-

ми, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными

способами. Ученые надеются,что эксперименты,которые они прове-

дут на опытных установках и станциях,помогут решить не только

технические,но и экономические проблемы.

Ветровая энергия.

*****************

Огромна энергия движущихся воздушных масс.Запасы энергии

ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех

рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры-от легко-

го ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могу-

чих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всег-

да неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры,

дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить

все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия

позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории-от

наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра

северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого

океана, где она особенно необходима мужественным людям, обжи-

вающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступ-

ный да и экологически чистый источник энергии так слабо ис-

пользуется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрыва-

ют всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для

ветроэнергетики, задача которой стала другой-получение элект-

роэнергии. В начале века Н.Е.Жуковский разработал теорию вет-

родвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроиз-

водительные установки, способные получать энергию от самого

слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов,

несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В

новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса-сердца лю-

бой ветроэнергетической установки-привлекаются специалисты-са-

молетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный про-

филь лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усили-

ями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции

современных ветровых установок.

Энергия рек.

************

Многие тысячелетия верно служит человеку энергия,заклю-

ченная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром

некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы

называть не Земля, а Вода-ведь около трех четвертей поверхнос-

ти планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии слу-

жит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую

от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отли-

вы,возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие ре-

ки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что

человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь ги-

гантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать

энергию рек.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло

возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье-в

виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие

энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла

делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся.

Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891

году.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны-постоянно во-

зобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуата-

ции, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт пост-

ройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую по-

мощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидро-

электростанции оказалась задачей куда более сложной, чем пост-

ройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы

привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за

плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется

уложить такое кол-во материалов, что обьем гигантских египетс-

ких пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в

начале 20 века было построено всего несколько гидроэлектрос-

танций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке

Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с

многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь нача-

лом.

Уже в историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строи-

тельство крупных гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вош-

ла Волховская ГЭС, в следующем-началось строительство знамени-

той Днепровской. Дальновидная энергетическая политика,проводя-

щаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в од-

ной стране мира, развита система мощных гидроэлектрических

станций. Ни одно государство не может похвастаться такими

энергетическими гигантами, как Волжские, Красноярская и Братс-

кая, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции,дающие буквально океаны

энергии, стали центрами, вокруг которых развились мощные про-

мышленные комплексы.

Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергети-

ческого потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, обра-

зовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неисполь-

зованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, че-

ловечество получило бы дополнительно колоссальное кол-во энер-

гии.

ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ.

**************

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской

энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества

хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унес-

ших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик

многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно

небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощ-

ность самых крупных энергетических установок, созданных руками

человека. Правда, о непосредственном использовании энергии

вулканических извержений говорить не приходится-нет пока у лю-

дей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к

счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это про-

явления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохот-

ная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огне-

дышащие жерла вулканов.

Маленькая европейская страна Исландия-"страна льда" в

дословном переводе-полностью обеспечивает себя помидорами, яб-

локами и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы по-

лучают энергию от тепла земли-других местных источников энер-

гии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна

горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей

воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя

не исландцам принадлежит приоритет в использовании тепла под-

земных источников (еще древние римляне к знаменитым баням-тер-

мам Каракаллы-подвели воду из-под земли), жители этой малень-

кой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень

интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина

населения страны, отапливается только за счет подземных источ-

ников.

Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин

земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие

подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще

маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском

городке Лардерелло, названном так в честь французского инжене-

ра Лардерелли,который еще в 1827 году составил проект исполь-

зования многочисленных в этом районе горячих источников. Пос-

тепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все

новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и

в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величи-

ны-360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая

электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч кило-

ватт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит

электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч кило-

ватт.

ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА.

************************

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссаль-

ны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перег-

реву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем,

на 20 градусов, имеет величину порядка 10^26 Дж. Кинетическая

энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10^18

Дж. Однако пока что люди умеют утилизовать лишь ничтожные доли

этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся ка-

питаловложений, так что такая энергетика до сих пор казалась

малоперспективной.

Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ис-

копаемых топлив (прежде всего нефти и газа), использование ко-

торых к тому же связано с существенным загрязнением окружающей

среды (включая сюда также и тепловое "загрязнение", и грозящее

климатическими последствиями повышение уровня атмосферной уг-

лекислоты), резкая ограниченность запасов урана (энергетичес-

кое использование которых к тому же порождает опасные радиоак-

тивные отходы) и неопределенность как сроков, так и экологи-

ческих последствий промышленного использования термоядерной

энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее вни-

мание поискам возможностей рентабельной утилизации обширных и

Страницы: 1, 2