Альтернативные источники энергии

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РФ

АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО

 ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕГО  УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАЗАНСКОГО  НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ТЕХНИЧЕСКГО УНИВЕРСИТЕТА им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ 
 
 
 
 
 
 
 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

по  дисциплине:

 «Экология»

На  тему: «Альтернативные источники  энергии»

            
 
 
 
 

                                                                              Выполнила:

Студент(ка) Саубанова А.Р.

                                                                        Группа 24379

                                                                            Проверил: Назарова Н.П. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Альметьевск  2012г. 

Содержание 

1. Основные  причины перехода к АИЭ………………………………….............3-4
2. Энергия солнца………………………………………………………..………...4-5
3. Ветер……………………………………………………………………………..5-6
4. Водород……………………………………………………………………..….7-13
5. Гидроэнергия……………………………………………………………..…..13-14
6. Энергия приливов и отливов……………………………………………...…14-16
7. Энергия волн……………………………………………………………...…..16-17
8. Геотермальная энергия……………………………………………..…………...18
9. Гидротермальная энергия……………………………………………...…….18-20 Список использованной литературы………….………………………………..21

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
---
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Увеличивающееся загрязнение  окружающей среды, нарушение теплового  баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменением климата. Дефицит  энергии и ограниченность топливных  ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к  нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли. 

1. Основные  причины перехода к АИЭ.

     Основные  причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:

• Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.
• Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;
• Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут;
• Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными  ГЭС, - всё это увеличивает социальную напряженность.
• Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

 

2. Энергия солнца.

     Ведущим экологически чистым источником энергии  является Солнце. В настоящее время  используется лишь ничтожная часть  солнечной энергии из-за того, что  существующие солнечные батареи  имеют сравнительно низкий коэффициент  полезного действия и очень дороги в производстве. Однако не следует  сразу отказывать от практически  неистощимого источника чистой энергии: по утверждениям специалистов, гелиоэнергетика  могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии  на тысячи лет вперед. Возможно, также  повысить КПД гелиоустановок в несколько  раз, а разместив их на крышах домов  и рядом с ними, мы обеспечим  обогрев жилья, подогрев воды и работу бытовых электроприборов даже в  умеренных широтах, не говоря уже  о тропиках. Для нужд промышленности, требующих больших затрат энергии, можно использовать километровые пустыри  и пустыни, сплошь уставленные мощными  гелиоустановками. Но перед гелиоэнергетикой встает множество трудностей с сооружением, размещением и эксплуатацией  гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности. Поэтому  общий удельный вес гелиоэнергетики  был и останется довольно скромным, по крайней мере, в обозримом будущем. На протяжении миллиардов лет Солнце ежесекундно излучает огромную энергию. Около трети энергии солнечного излучения, попадающего на Землю, отражается ею и рассеивается в межпланетном пространстве. Много солнечной  энергии идёт на нагревание земной атмосферы, океанов и суши. В настоящее время в народном хозяйстве достаточно часто используется солнечная энергия – гелиотехнические  установки (различные типы солнечных теплиц, парников, опреснителей, водонагревателей, сушилок). Солнечные лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала, плавят самые тугоплавкие металлы. Ведутся работы по созданию солнечных электростанций, по использованию солнечной энергии для отопления домов и т.д. Практическое применение находят солнечные полупроводниковые батареи, позволяющие непосредственно превращать солнечную энергию в электрическую. 

3. Ветер.

     Потенциал энергии ветра подсчитан более  менее точно: по оценке Всемирной  метеорологической организации  ее запасы в мире составляют 170 трлн кВт·ч в год. Ветроэнергоустановки разработаны и опробованы настолько  основательно, что вполне прозаической выглядит картина и сегодняшнего небольшого ветряка, снабжающего дом  энергией вместе с фермой, и завтрашних тысяч гигантских сотнеметровых  башен с десятиметровыми лопастями, выстроенных цепью там, где постоянно  дуют сильные ветры, вносящих тоже свой немаловажный «процент» в мировой энергобаланс.

       У энергии ветра есть несколько  существенных недостатков, которые  затрудняют ее использование,  но отнюдь не умаляют ее  главного преимущества - экологической  чистоты. Она сильно рассеяна  в пространстве, поэтому необходимы  ветроэнергоустановки, способные постоянно  работать с высоким КПД. Ветер  очень непредсказуем - часто меняет  направление, вдруг затихает даже  в самых ветреных районах земного  шара, а иногда достигает такой  силы, что ломает ветряки. Ветроэнергостанции  не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но, как мы увидим дальше эти недостатки можно уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

     В настоящее время разработаны  ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при самом слабом ветре. Шаг лопасти винта автоматически  регулируется таким образом, чтобы  постоянно обеспечивалось максимально  возможное использование энергии  ветра, а при слишком большой  скорости ветра лопасть столь  же автоматически переводится во флюгерное положение, так что  авария исключается.

     Разработаны и действуют так называемые циклонные  электростанции мощностью до ста  тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим  воздушным потоком, создает искусственный  «циклон», который вращает турбину. Такие установки намного эффективнее и солнечных батарей и обычных ветряков.

     Чтобы компенсировать изменчивость ветра, сооружают  огромные «ветряные фермы». Ветряки при этом стоят рядами на обширном пространстве, потому что их нельзя ставить слишком тесно - иначе они будут загораживать друг друга. Такие «фермы» есть в США, во Франции, в Англии, но они занимают много места; в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря, где она никому не мешает, и ветер устойчивее, чем на суше.

     Положительный пример по использованию энергии  ветра показали Нидерланды и Швеция, которая приняла решение на протяжении 90-х годов построить и разместить в наиболее удобных местах 54 тысячи высокоэффективных энергоустановок. В мире сейчас работает более 30 тысяч  ветроустановок разной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии. 

4. Водород.

     На  данный момент водород является самым  разрабатываемым «топливом будущего». На это есть несколько причин: при  окислении водорода образуется как  побочный продукт вода, из нее же можно водород добывать. А если учесть, что 73% поверхности Земли  покрыты водой, то можно считать, что водород неисчерпаемое топливо. Так же возможно использование водорода для осуществления термоядерного  синтеза, который вот уже несколько  миллиардов лет происходит на нашем  Солнце и обеспечивает нас солнечной  энергией.  

     Управляемый термоядерный синтез.

     Управляемый термоядерный синтез использует ядерную  энергию, выделяющуюся при слиянии  легких ядер, таких как ядра водорода или его изотопов дейтерия и трития. Ядерные реакции синтеза широко распространены в природе, будучи источником энергии звезд. Ближайшая к нам  звезда - Солнце - это естественный термоядерный реактор, который уже многие миллиарды  лет снабжает энергией жизнь на Земле. Ядерный синтез уже освоен человеком  в земных условиях, но пока не для  производства мирной энергии, а для  производства оружия он используется в водородных бомбах. Начиная с 50 годов, в нашей стране и параллельно  во многих других странах проводятся исследования по созданию управляемого термоядерного реактора. С самого начала стало ясно, что управляемый  термоядерный синтез не имеет военного применения. В 1956 г. исследования были рассекречены и с тех пор проводятся в рамках широкого международного сотрудничества. В то время казалось, что цель близка, и что первые крупные экспериментальные  установки, построенные в конце 50 годов, получат термоядерную плазму. Однако потребовалось более 40 лет  исследований для того, чтобы создать  условия, при которых выделение  термоядерной мощности сравнимо с мощностью  нагрева реагирующей смеси. В 1997 г. самая крупная термоядерная установка - Европейский токамак, JET, получила 16 МВт термоядерной мощности и вплотную подошла к этому порогу. 
Что же явилось причиной такой задержки? Оказалось, что для достижения цели физикам и инженерам пришлось решить массу проблем, о которых и не догадывались в начале пути. В течение этих 40 лет была создана наука - физика плазмы, которая позволила понять и описать сложные физические процессы, происходящие в реагирующей смеси. Инженерам потребовалось решить не менее сложные проблемы, в том числе научиться создавать глубокий вакуум в больших объемах, разработать большие сверхпроводящие магниты, мощные лазеры и источники рентгеновского излучения, разработать инжекторы способные создавать мощные пучки нейтральных атомов, разработать методы высокочастотного нагрева смеси и многое другое. 
Первое поколение термоядерных реакторов, которые пока находятся в стадии разработки и исследований, по-видимому, будет использовать реакцию синтеза дейтерия с тритием D + T = He + n,  
в результате которой образуется ядро гелия, Не, и нейтрон. Необходимое условие для того, чтобы такая реакция пошла - это достижение высокой температуры смеси (сто миллионов градусов). Только в этом случае реагирующие частицы могут преодолеть электростатическое отталкивание и при столкновении, хотя бы на короткое время, приблизиться друг к другу на расстояние, при котором возможна ядерная реакция. При такой температуре смесь изотопов водорода полностью ионизируется и превращается в плазму - смесь электронов и ионов. Кроме высокой температуры, для положительного выхода энергии нужно, чтобы время жизни плазмы, t, помноженное на плотность реагирующих ионов, n, было достаточно велико nt > 5*1 000 000 000 000 000 c/см³. Последнее условие называется критерием Лоусона. Основная физическая проблема, с которой столкнулись исследователи на первых шагах на пути к термоядерному синтезу - это многочисленные плазменные неустойчивости, приводящие к плазменной турбулентности. Именно они сокращали время жизни в первых установках до величины на много порядков меньше ожидаемой и не позволяли достигнуть выполнения критерия Лоусона. За 40 лет исследований удалось найти способы борьбы с плазменными неустойчивостями и построить установки способные удерживать турбулентную плазму.