ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГИМНАЗИЯ №1516
ВОСТОЧНОГО ОКРУЖНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕПАРТАМЕНТА ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
Научный проект
По курсу «Физика»
на тему:
«Альтернативные источники энергии».
Работу выполнила
Ученица 11 класса «А»
ГБОУ
ГИМНАЗИЯ №1516
ВОУО ДО г.Москвы
Пашкова Мария
Москва 2012 год.
Содержание
Возобновляемые источники энергии……………………………………………7
А) гелиоэнергетика………………………………………………………………..-
Б) энергия волн (система «Устрица»)…………………………………………8
В) геотермальные источники энергии…………………………………..……10
Г) энергия ветра (проект «Энергия ветра в коробке»)……………………11
Биотопливо…………………………………………………………………………12
А) электростанции на биогазе……………………………………………….…13
Б) биодизельное топливо………………………………………………..………14
В) мусор – как биотопливо…………………………………………………...…15
Проект «Орбитальная станция»…………………………………………..……18
Киотский протокол…………………………………………………………….…21
Заключение…………………………………………………………………….……23
Научный аппарат проекта
Объект исследования: альтернативная энергетика.
Предмет исследования: возобновляемы источники энергии.
Цель исследования: изучение различных видов альтернативной энергии, их источников и ресурсов.
Задачи:
1) Ознакомиться с гелиоэнергетикой и геоэнергетикой, а также энергией ветра и волн.
2) Изучить ресурсы гелио- и геоэнергетики.
3) Изучить достоинства и недостатки гео- и гелиоэнергетики, а также использования в энергетике энергии ветра и волн.
4) Изучить различные виды биотоплива и достоинства и недостатки их использования
5) Изучить проект «Орбитальная станция».
6) Ознакомиться с Киотским протоколом, изучить его цели и условия.
1. Возобновляемые источники энергии
Некоторые источники энергии постоянно обновляются (регенерируются) и поэтому носят название возобновляемых, или регенеративных источников. Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов — таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальная теплота — которые являются возобновляемыми (пополняются естественным путем). Каждому из этих ресурсов освящена отдельная область энергетики.
Гелиоэнергетика
Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии. Имеется несколько технологий
солнечной энергетики. Получение электроэнергии от лучей Солнца не даёт
вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.
Солнечные батареи имеют ряд преимуществ: они могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог, легко трансформируются, используются в отдалённых районах. Возможно использование солнечной энергии для отопления жилищ.
В странах ЕС солнечные установки наиболее эффективно эксплуатируются в Греции, Португалии, Испании, Франции
Теоретически, использование энергии солнца полностью безопасно для окружающей среды. Однако при этом существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной способности) земной поверхности и привести к изменению климата (но при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).
При всех достоинствах гелиоэнергетики выделяют и ряд ее недостатков. Во-первых, зависимость от погоды и времени суток и как следствие необходимость аккумуляции энергии. Во-вторых, высокая стоимость конструкций, что во многих странах служит чуть ли не основным препятствием. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5
дол. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВт\час электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива. И наконец, в-третьих, необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли, что также довольно проблематично, учитывая ее конструкцию.
Энергия волн. Система «Устрица»
Энергия волн океана — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Она может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Как и солнечная энергия, энергия волн — возобновляемый источник энергии.
Энергия морских волн значительно выше энергии приливов.Мощность волнения оценивают в кВт на погонный метр, то есть в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. Конечно, в механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха — до 85 %.
Волновая энергия представляет собой сконцентрированную энергию ветра и, в конечном итоге, солнечной энергии. Мощность, полученная от волнения всех океанов планеты, не может быть больше мощности, получаемой от Солнца. Но удельная мощность электрогенераторов, работающих от волн, может быть гораздо большей, чем для других альтернативных источников энергии.
Несмотря на схожую природу, энергию волн принято отличать от энергии приливов и океанских течений. Выработка электроэнергии с использованием энергии волн не является распространенной практикой, в настоящее время в этой сфере проводятся только экспериментальные исследования.
Основной задачей получения электроэнергии из морских волн является преобразование движения вверх-вниз во вращательное для передачи непосредственно на вал электрогенератора с минимальным количеством промежуточных преобразований, при этом желательно, чтобы большая часть оборудования находилась на суше для простоты обслуживания. Недавно выдан Российский патент № 82283 на механизм, позволяющий преобразовывать движения качания поплавка на волнах с любой амплитудой во вращение. Выходной вал устройства вращается как от движения поплавка вниз, так и вверх. Механизм, находящийся на берегу, соединяется с поплавком штангой. Кроме того, механизмы можно секционировать на общий вал для получения большей суммарной мощности.
Не так давно была разработана оригинальная технология для использования энергии океанских волн –система «Устрица». Она будет работать на дне моря близ Оркнейских островов. По конструкции установка, действительно, напоминает устрицу.
Установка «Устрица» имеет несколько иной принцип работы, чем её традиционные электростанции, генерирующие электричество из энергии волн. Для получения электроэнергии из энергии волн в этом случае применяется гидравлика. В итоге получаемая энергия волн служит «топливом» для береговой гидроэлектростанции. Подводный осциллятор, укомплектованный гидравлическими поршнями, начинает работать при движении волн и перекачивает воду по трубопроводу на берег. Береговые генераторы уже известным способом превращают энергию воды в электрическую.
Каждая установка может генерировать 300-600 кВт электроэнергии, так что десять таких аппаратов могли снабжать электричеством поселение в 3000 домохозяйств.
Эта гибридная волновая гидроэлектростанция имеет много достоинств. Во-первых, вся автоматика и высокоточные системы контроля находятся на берегу. Это значит, что проще обслуживать систему и следить за её работой. Можно не беспокоиться о неисправностях подводных редукторов или генераторов, которые могут выйти из строя под воздействием океанских волн. Во-вторых, система располагается на небольшой глубине – всего 12-16 метров – где движение воды всегда менее интенсивно, а значит, работа системы будет более равномерной, а получение электроэнергии более постоянным. В процессе работы система производит очень мало шума, а для работы гидравлики применяется только вода, а не нефть и иные ядовитые вещества. Так что вреда подводной флоре и фауне система не нанесёт никакого.
Сейчас система «Устрица» находится в начальной стадии разработки, её презентация состоится осенью этого года. Но разработчики уже уверены, что новая технология найдёт применение повсеместно: на берегах Испании, Португалии, Ирландии, США, Южной Африки, Австралии и Чили. Если эти оптимистичные прогнозы сбудутся, то природа испытает большое облегчение. Уже подсчитано, что использование подобной технологии уменьшит выброс углекислого газа в атмосферу на 500 тонн в год.
Геотермальные источники энергии
Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической итепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.
В поисках альтернативных источников энергии люди пришли к возможности использования геотермальных запасов земли. Ученые давно выяснили, что с продвижением вглубь планеты температура увеличивается. Так появилась идея использовать тепло земли в качестве источника энергии.
Увеличение температуры происходит за счет радиоактивного распада химических элементов, содержащихся в недрах земли. Разогретые до высоких температур породы нагревают воду, имеющуюся в земной коре.
В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.
Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские иФилиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.
Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.
Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.
Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным[источник не указан 148 дней], в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м2 с температурой воды 70—90 °С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.
Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.
Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.
Энергия ветра (проект «Энергия ветра в коробке»)
Ветроэнергетика — это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве.
Как и предыдущие виды энергии, энергию ветра относят к возобновляемым, так как она является следствием деятельности солнца.
Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии.[6][7][8] Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.
Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, которой последние годы разработчики все больше и больше внимания. Например, сейчас компания под названием Altaeros Energies Inc, основанная выпускниками Массачусетского технологического института, заканчивает работу по созданию цилиндрического дирижабля, который будет генерировать энергию из ветра на высоте 3200 метров. Самым важным аспектом дирижабля является его преимущество в цене, которая составляет примерно 30 – 50 процентов от стоимости разворачивания традиционных ветровых турбин, расположенных на земной поверхности.
Разработчики этой компании также планируют создать транспортный контейнер под названием «энергия ветра в коробке», в котором будет упаковано все необходимое для развертывания новой системы: сам дирижабль в сложенном виде, емкости с гелием, ротор, генератор и связанная с ними оснастка. Для установки дирижабля на месте потребуется всего один день – и вы получаете постоянный источник энергии от ветра. Каждые три – четыре месяца дирижабль нужно проверять на достаточность количества гелия и при необходимости производить его дозаправку.