Проектная работа по учебной дисциплине «Физика» на тему «Альтернативные источники электроэнергии»

Министерство образования, науки и молодежной политики

Краснодарского края

ГБПОУ КК Венцы-Заря сельскохозяйственный техникум

Проектная работа

по учебной дисциплине «Физика»

на тему

«Альтернативные источники электроэнергии»

Работу выполнила: Гришаева Ангелина Максимовна, студентка 182 «В» группы, специальность 36.02.01 Ветеринария

Руководитель: Есауленко Е.П.

преподаватель физики

п.Венцы

2016г.

Содержание

3

Глава 1. Альтернативные источники энергии

6

1.1 Гидроэнергетика

7

1.2. Ветровая энергия

11

1.3. Энергия Солнца

18

1.4. Геотермальная энергетика

28

1.5. Биотопливо

29

1.6. Управляемый термоядерный синтез.

30

1.7. Водород и перспективы его использования

31

Глава 2. Мировой опыт использования альтернативных источников энергии

34

Глава 3. Энергетические проблемы России

39

Заключение

43

Используемая литература

47

Введение

Сегодня около половины населения земли составляют горожане, 60% из них проживают в мегаполисах. Жители мегаполисов лучше обеспечены работой, бытовыми удобствами, более развита индустрия развлечений. Но у них есть свои проблемы: загрязнение воздуха, перенаселённость, непрерывный шум. Все эти проблемы прямо или косвенно связаны с энергетическими ресурсами. Даже простое отключение электричества способно создать тяжёлую ситуацию.

Каким будет город будущего? Над этим сегодня думают архитекторы, социологи и многие учёные. Но какой бы метод решения этой задачи не был выбран, приоритет в выборе топлива для транспорта отдаётся альтернативным источникам энергии: солнечной, электрической, водородной, энергии термоядерного синтеза. Этот вопрос тем более актуален сегодня, так как многие учёные задаются вопросом: надолго ли хватит энергетических ресурсов? Ведь запасов нефти, по самым оптимистическим прогнозам, нам хватит на 150 лет, а газа – лишь на 100 лет. Самые оптимистичные прогнозы делаются лишь относительно запасов угля. По прогнозам их должно хватить на 420 лет. Тем не менее, если темпы его утилизации останутся теми же, то этих запасов не хватит и на 200 лет. Запасы урана, от которого зависит наиболее передовая ядерная энергетика, будут исчерпаны через 300 лет.

Поэтому, работая над проектом, я задумалась: не грозят ли нам сегодня ресурсные войны? К сожалению, сегодня сочетание этих слов не кажется уже чем-то фантастическим, ведь уже в семидесятые годы прошлого века арабские нефтедобывающие страны пользовались продажей нефти как «политическим оружием» в борьбе за свои права. Также я пыталась разобраться насколько велико влияние альтернативной энергетики на экологию. К сожалению, равновесие биосферы уже нарушено, этот процесс быстро развивается. После Чернобыльской аварии популярность мирного атома в глазах общественности резко упала. Также становится более острой проблема загрязнения воды. Это связано с необходимостью размещения ядерных отходов военного производства и энергетики. В роли «свалки» для этих отходов выступают страны «третьего мира». После одобрения премьер-министром закона о ввозе для переработки отработанного ядерного топлива в ряд с этими странами встала и Россия. Трудно оценить тот ущерб, который будет нанесён почвам и грунтовым водам нашей страны в результате захоронения чужих реактивных отходов. Впрочем, блеск сиюминутной выгоды не позволяет нам разглядеть тревожные тени грядущего.

Исследование позволило мне, сравнивая мнения о проблеме различных учёных, сформулировать свою точку зрения по этому вопросу. В процессе работы я обращалась к различным СМИ. Из них я узнала о мировом ресурсном потенциале, о перспективах развития энергетики и о проблемах, с которыми может столкнуться эта отрасль. Также я с удовольствием открыла для себя инновационные разработки учёных в сфере управляемого термоядерного синтеза и разложения водорода. Конечно, я ещё только прикоснулась к интересному миру альтернативной энергетики, и многие вопросы остались для меня ещё не раскрытыми, но опыт исследовательской работы, которая со временем может перерасти в проект, побуждает работать, узнавать, экспериментировать дальше.

Цели и задачи исследования

Я не случайно выбрала темой своей исследовательской работы альтернативную энергетику, ведь «энергетический вопрос» прямо или косвенно затрагивает все сферы жизни общества нашей страны и мира: экономическую (это позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки их в химической и других отраслях промышленности), политическую (страна, которая первой перейдёт к АИ, будет претендовать ни мировое первенство и будет диктовать цены на мировые ресурсы), социальную (переход к АИ позволит снизить социальную напряжённость) и другие.

Этот вопрос тем более актуален, что многие ученые сегодня задаются вопросом: надолго ли хватит энергетических ресурсов, исторические процессы освоения которых я изучала?

Работая над исследованием, я пыталась сформулировать ответ на следующие вопросы:

- Не грозят ли нам ресурсные войны?

- Насколько велико влияние альтернативной энергетики на экологию?

- Каково будущее мирного атома? Не станет ли Россия, подобно странам «третьего мира», свалкой для отходов ядерной энергетики?

Методы исследования: Методологической основой настоящей работы стал диалектический метод изучения энергетических процессов и явлений. Характер поставленных исследовательских задач предопределил необходимость использования также таких методов, как сравнительно-исторический, сравнительно-экономический, метод системного анализа и конкретно-социологический метод.

Актуальность: На сегодняшний день существует множество предприятий, фабрик, заводов и т.д. И такое явление, как энергия, становится ценнейшим ресурсом. Ее пытаются экономить разными методами: разработкой новых технологий, сокращением качества продукции или созданием альтернативных источников энергии.

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП. Также известно, что в 2010 году альтернативная энергия (не считая гидроэнергии) составляла 4,9% всей потребляемой человечеством энергии.

По сравнению с США и странами ЕС использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России находится на низком уровне. Сложившуюся ситуацию можно объяснить доступностью традиционных ископаемых энергоносителей. Согласно отчёту ООН, в 2008 году во всём мире было инвестировано $140 млрд в проекты, связанные с альтернативной энергетикой, тогда как в производство угля и нефти было инвестировано $110 млрд.

[pic]

Из всего вышеперечисленного можно выделить основные пункты:

1. Востребованность

2. Экологичность

3. Экономичность

Глава 1. Альтернативные источники энергии

Для начала обратимся к определению: «Альтернативная энергетика» - совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.»

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии - встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию. Альтернативный источник энергии - заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, вызывающий парниковый эффект и глобальное потепление. Цель поиска альтернативных источников энергии - потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Классификация источников:

1. Ветряные (движение воздушных масс)

2. Геотермальные (тепло планеты)

3. Солнечные (электромагнитное излучение солнца)

4. Гидроэнергетические (движение воды в реках и морях)

5. Биотопливные (теплота сгорания возобновляемого топлива)

6. Термоядерные

7. Водородные

Вид альтернативного источника энергии

90

Ветряные

48

Геотермальные

17

Солнечные

94

Гидроэнергетические

84

Биотопливные

98

Термоядерные

100

Водородные

Как известно, немалая часть загрязнения экосистемы состоит из продуктов переработки, сжигания, добычи таких видов топлива как: уголь, нефть, газ, считаемых традиционными. Глобальный спрос на энергию увеличивается примерно на 3% в год. В 2025 году энергопотребление составит 22,8 млрд. т у. т. Мировые запасы традиционных энергетических ресурсов, по оценкам специалистов, составляют: угля - более 1500 млрд. тонн, нефти - 170 млрд. т, газа - 172 трлн. куб. м. По прогнозам, мировых запасов угля, нефти и газа при непрерывном росте промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли, хватит на 100 лет и более.

В течение многих лет человечество ищет замену традиционным энергоресурсам. В качестве альтернативных источников энергии предлагаются геотермальные воды и недра планеты, водород и радиоактивные материалы, мощные потоки поверхностной воды и многое другое. Но каждый из этих источников имеет свои недостатки, которые порой не оправдывают их достоинства. Атомная энергия очень дорога и опасна, гидроэнергия требует наличия текущей воды, а способы использования сейсмической энергии только начинают разрабатываться.

Существуют "традиционные" виды альтернативной энергии - энергия воды, Солнца, ветра, энергия морских волн, приливов и отливов, без которых трудно представить энергетику ближайшего будущего. Но их использование не дает достаточного результата, чтобы отказаться от традиционных источников энергии, поэтому человечество продолжает искать другие способы заменить их.

В этой работе я перечислю и охарактеризую некоторые основные альтернативные источники энергии, используемые человечеством, и мы выберем наиболее перспективный из них.

1.1. Гидроэнергетика

К числу основных возобновляемых источников энергии относится гидроэнергетика.

Гидроэнергетика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию.

Экономический потенциал гидроэнергетики (без малой) в мире составляет около 8100 ТВт*ч в год. На сегодня доля гидроэнергии в общем производстве электроэнергии составляет 20%, в мировом топливном балансе - 6%. В мире действуют более 7000 ГЭС, общей мощностью 715 ГВт. Крупнейшими производителями электроэнергии являются Бразилия, Канада, США, Китай, Россия. В ближайшие годы в мире планируется строительство новых гигантских ГЭС, общей мощностью до 140 ГВт, что позволит увеличить производство гидроэнергии на 20%. Для многих стран малая и возобновляемая энергетика уже в настоящее время является важным компонентом энергообеспечения. Она играет существенную роль в энергоснабжении Дании, Исландии, Новой Зеландии, Канады, Германии, Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Испании и других стран. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии.

За последние десятилетия устойчивое положение в мировой электроэнергетике заняла малая гидроэнергетика. В международной терминологии выделяются малые ГЭС, мощностью от 1 до 10 МВт, мини-ГЭС, мощностью от 100 кВт до 1 МВт, и микро-ГЭС, мощностью менее 100 кВт. Установленная мощность малых ГЭС, от общей мощности в Китае - 46%, в Японии - 6%, в России - 2%.

В России сегодня эксплуатируются около 300 малых ГЭС, суммарной мощностью 1 ГВт, планируется увеличение мощности малых и микро-ГЭС в 2015 году до 2200 МВт. Ожидается, что к 2020 году общая мощность малых ГЭС в мире увеличится вдвое.

Однако, развитие гидроэнергетики требует учета территориальных аспектов. Строительство гидроэлектростанций является целесообразным и экономически выгодным только для горных рек. В противном случае, при строительстве ГЭС на равнинных реках, возникает ряд негативных последствий как экономических, так и экологических. Наиболее серьезными и общими являются:

- затопление земель, изъятие их из хозяйственного оборота;

- снижение скорости течения рек, замедление водообмена и самоочищения;

- изменение микроклимата окружающей территории;

- подтопление берегов, заболачивание, развитие оползневых процессов.

Перечень совершенных ошибок при строительстве ГЭС немал. Вот лишь несколько примеров, представляющих бедствия и экологические угрозы:

Новосибирская ГЭС отсекла большую часть нерестилищ, резко снизив промысловые уловы сибирского осетра; в 1999 г. он занесен в Красную книгу России;

при строительстве Братской ГЭС в ложе водохранилища оставили строевую сосну, которая стала разлагаться, превратив водохранилище в мертвый водоем;

сооружение на Енисее Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС привело к необратимым процессам: изменению микроклимата региона, нарушению водного и теплового баланса реки. Прогретые массы водохранилищ не позволяют реке полностью покрыться льдом. Во время ледохода создаются заторы, перегораживающие реку по всей ширине, бомбежка которых малоэффективна. Каждый ледоход приносит местным жителям большие беды;

Иркутская ГЭС построена в сейсмически активной зоне; катастрофическое разрушение плотины приведет к уничтожению ряда городов вдоль Ангары;

Многие города Сибири: Новосибирск, Красноярск, Иркутск и другие - находятся ниже водохранилищ с высокими плотинами. Природная катастрофа или диверсионный взрыв могут привести к уничтожающему наводнению.

Достоинства:

1. Использование возобновляемой энергии.

2. Очень дешевая электроэнергия.

3. Работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

4. Быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки:

1. Затопление пахотных земель.

2. Строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды.

3. На горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов.

4. Сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.

Гидроэнергетические источники.

Гидроэлектростанция (ГЭС) — [link] .

1.6. Управляемый термоядерный синтез

В качестве важной задачи для атомной отрасли, на долгосрочную перспективу, Президентом Российской Федерации поставлен выход на освоение технологий управляемого термоядерного синтеза как основы энергетики будущего. На решение этой задачи нацелен проект «Управляемый термоядерный синтез».

В настоящее время во всем мире принимаются стратегические решения по развитию и освоению новых источников энергии. Необходимость разработки таких источников связана с ожидаемым дефицитом производства энергии и ограниченностью топливных ресурсов.

Одним из наиболее перспективных инновационных источников энергии является управляемый термоядерный синтез (УТС). Энергия синтеза выделяется при слиянии ядер тяжелых изотопов водорода. Топливом для термоядерного реактора служат вода и литий, запасы которых практически не ограничены. В земных условиях реализация УТС представляет сложную научно-технологическую задачу, связанную с получением температуры вещества более 100 миллионов градусов и термоизоляцией области синтеза от стенок реактора.

Термоядерный синтез - это долгосрочный проект, создание коммерческой установки ожидается к 2040-2050 году. Наиболее вероятный сценарий овладения термоядерной энергией предполагает реализацию трех этапов:

- освоение режимов длительного горения термоядерной реакции;

- демонстрация производства электроэнергии;

- создание промышленных термоядерных станций.

В рамках международного проекта ИТЭР (международный термоядерный экспериментальный реактор) предполагается продемонстрировать техническую возможность удержания плазмы и получения энергии.

Основная программная цель проекта ИТЭР заключается в демонстрации научной и технической возможности получения энергии за счет реакций синтеза (слияния) изотопов водорода - дейтерия и трития. Проектная термоядерная мощность реактора ИТЭР составит порядка 500 МВт при температуре плазмы в 100 млн. градусов.

В ноябре 2006 года всеми участниками проекта ИТЭР - Европейским союзом, Россией, Японией, США, Китаем, Кореей и Индией подписаны Соглашения о создании Международной организации ИТЭР по термоядерной энергии для совместной реализации проекта ИТЭР. Этап сооружения реактора начался с 2007 года.

Участие России в проекте ИТЭР заключается в разработке, изготовлении и поставке на площадку сооружения реактора (г.Кадараш, Франция) основного технологического оборудования и внесению денежного взноса, составляющих в целом около 10% от полной стоимости сооружения реактора Такая же доля вклада у США, Китая, Индии, Кореи и Японии.

Решаемые задачи: достижение равенства затрат и выработки энергии Последнее поколение токамаков позволило вплотную приблизиться к осуществлению управляемого термоядерного горения с большим выделением энергии.

1.7. Водород и перспективы его использования

Сейчас автопроизводители только и говорят о водородных разработках. Что же такое водород? Рассмотрим его немного подробнее.

Водород – первый элемент химической таблицы, его атомный вес равен 1. Это одно из самых распространенных веществ во Вселенной, например из 100 атомов из которых состоит наша планета 17 – водород.

Водород - топливо будущего. Он имеет массу преимуществ по сравнению с другими видами топлива и имеет огромные перспективы его заменить. Он может быть использован абсолютно во всех отраслях современного производства и транспорта, даже газ, на котором готовиться пища, можно запросто, без каких либо переделок, заменить на водород.

Почему же водород не получил до сих пор широкого внедрения? Одна из проблем заключается в технологиях его получения. Пожалуй, единственным эффективным на данный момент способом его получения является электролитический способ – получение из вещества воздействием сильного электрического тока. Но на данный момент, большая часть электричества получается на теплоэлектростанциях, и поэтому возникает вопрос «А стоит ли игра свеч?». Но внедрение в производство электричества атомной энергии, энергии ветра и солнца, наверное, исправит эти проблемы.

Это вещество содержится практически во всех веществах, но больше всего его в воде. Как сказал писатель-фантаст Жюль Верн: «Вода – это уголь будущих веков». Это высказывание можно отнести к разряду предсказаний. Этого «угля» на поверхности больше чем чего либо еще, так что водородом мы будем обеспечены на долгие годы.

Об экологической чистоте водорода можно сказать только одно: при его сгорании и реакциях в топливных элементах образуется вода и ничего кроме воды.

Топливный элемент – пожалуй, самый эффективный способ получения энергии из водорода. Он работает по принципу батарейки: в топливном элементе имеется два электрода, между ними движется водород, происходит химическая реакция, на электродах появляется электрический ток, а вещество превращается в воду.

Поговорим о применении водорода в автомобилях. Идея замены обычного шумного и дымного бензина на абсолютно чистый газ возникла много лет назад, причем как в Европе так и в СССР. Но разработки в этой сфере велись с переменным успехом. А сейчас наступил апогей желания автопроизводителей получить независимость от нефти. Каждая, уважающая себя, компания имеет разработки в этой сфере.

Hydrogen в автомобиле может быть использован двумя способами: или сжигаться в двигателе внутреннего сгорания, или использоваться в топливных элементах. Основное количество новых концепткаров используют технологии топливных элементов. Но такие компании как Mazda и BMW пошли по второму пути и на это есть веские причины.

Автомобиль на топливных элементах – простая и чрезвычайно надежная система, но ее широкому распространению мешает инфраструктура. Например, если купить автомобиль на топливных элементах и использовать его в нашей стране, то на заправку придется ездить в Германию. А инженеры BMW пошли другим путем. Они построили автомобиль, использующий водород как горючее топливо, причем этот автомобиль может использовать как бензин, так и водород, как многие современные автомобили, оснащенные системой питания газ-бензин. Таким образом, если в вашем городе появилась хотя бы одна заправка, торгующая таким топливом – вы смело можете покупать водородный BMW Hydrogen 7.

Еще одной проблемой внедрения водорода - является его способ хранения. Вся сложность заключается в том, что атом водорода – самый маленький по размерам в химической таблице, а это значит, что он может проникать практически сквозь любое вещество. Это значит, что даже самые толстые стальные стенки будут медленно, но верно его пропускать. Эта проблема сейчас решается химиками.

Еще одна загвоздка – сам бак. 10 кг водорода могут заменить 40 кг бензина, но дело в том, 10 кгвещества занимают объем 8000 л.! А это целый олимпийский бассейн! Для уменьшения объема газа его нужно сжижать, а сжиженный водород надо безопасно и удобно хранить. Баки современных водородных автомобилей весят около 120 кг, что почти в два раза больше стандартных баков. Но и эта проблема скоро будет решена.

Преимуществ у водородного топлива намного больше чем недостатков. Водород сгорает намного эффективнее, не имеет вредных веществ выхлопе, не производит сажи, а это значительно увеличивает ресурс автомобилей. Водород – легко возобновляемое топливо, поэтому природа не получит практически никакого вреда.

Основным препятствием водородных технологий является инфраструктура. Очень немногие в мире заправки на данный момент готовы заправить автомобиль водородом, хотя серийные автомобили на водороде уже производит Honda и готовиться к производству BMW. В странах бывшего советского союза о водородном автомобиле вообще можно пока и не мечтать. До появления водородных заправок пройдет еще не один год, а может и десяток лет. Остается ждать, когда же и мы вместе со всем миром начнем спасать планету от экологической катастрофы.

Глава 2. Опыт использования альтернативных источников энергии в мире

Вопрос о «мягких» источниках энергии не простой. Их называют еще альтернатив­ными, противопоставляя традиционным загрязняющим - углю, нефти, газу. Крупнейший советский физик академик П. П. Капица считал, что альтернативные источники в обозримом будущем не смогут серьезно потеснить традиционные энергоносители. Видимо, такая точка зрения справедлива, хотя важную роль при этом могут сыграть цены на нефть.

Площади отчужденных земель (в среднем), необходимые для производства 1 МВт электроэнергии в год на электростанциях разного типа

Тип станций

Площадь, м²

АЭС

630

ТЭС

на жидком топливе

870

на природном газе

1500

на угле

2400

Солнечные электростанции

100000

ГЭС

265000

Ветроэнергетические станции

1700000

В-третьих, и это самое важное, - себестоимость энергии на альтернативных станциях остается крайне высокой, однако для разных видов станций разрыв очень разнится.

Ветровая энергия ближе других альтернативных видов подошла к порогу рентабельности. Штат Калифорния уже стал крупнейшим в мире районом развития ветровой энергетики. За ним следует западное побережье Ютландского полуострова, где ФРГ и Дания создали свои «ветровые парки». В 1995 г. мощность подобных станций в Северной Америке достигла 1000 -1600 МВт, в Западной Европе – 1000-1500 МВт. За­метная доля ВЭС достигнута в Дании - до 10%. Общее число таких установок в мире составляет 20 тысяч, причем энергия ветра в этих районах становится почти конку­рентоспособной (1 кВт'Ч обходится в 6-8 центов). Дания - один из пионеров ветровой энергетики — превратилась в крупнейшего экспортера турбин средней мощности и продает их в ту же Калифорнию. Индия во второй половине 90-х годов планирует довести этот сектор до 5 млн кВт. Обширный план создания ветровых станций принят и в КНР. Однако для замены атомного реактора тепловой мощности в 1 млн кВт крупнейшими по сегодняшним понятиям ветроустановками (мощностью в 100 кВт) их потребуется 10 тысяч, что не очень равноценно, так как ветер дует отнюдь не круглый год даже в наиболее «продуваемых» районах.

В ведущих странах мира все более пристальное внимание привлекает гелиоэнергетика. Мировой рекорд эффективности солнечных батарей был достигнут сначала в Стэндфордском университете США (Калифорния), где 28,5% солнечной энергии, падающей на батарею, превращалось в электрическую. Позже этот рекорд на 2% был перекрыт учеными из Пало- Альто (в «Кремниевой долине» - крупнейшем научно-производственном комплексе мира).

Самые крупные СЭС построены тоже в Калифорнии, их типовая мощность невелика (30 тыс. кВт), а технология проста - системы вогнутых солнечных рефлекторов, нагреваю­щихся до 100—400 °С. Одна такая станция способна снабжать энергией до 10 тыс. американских домов. В пустыне Мохава, где находится тренировочный центр авиакосмической про­мышленности США, работает СЭС мощностью 355 МВт, т. е. примерно такой же, как средняя станция на угле или мазуте.

Если в 1970 г. стоимость 1 кВт • ч на СЭС была невероятно высокой и абсолютно неконкурентоспособной — 60 долл., то в 1980 г. она снизилась до 1 долл., а в 1990 г.- до 30 центов, однако и сейчас превышает стоимость энергии на газовой станции в 5 раз.

Однако в целом развитие гелиоэнергетики в мире идет медленно, в основном из-за высокой стоимости солнечных элементов.

Геотермальная энергетика по времени использования - наиболее старый источник альтернативной энергии. В 1994 г. в мире работало 330 блоков таких станций и здесь доминирова­ли США (168 блоков на «месторождениях» Гейзере в долине гейзеров, Империал Вэлли и др.). Второе место занимала Ита­лия, но в последние годы ее обогнали КНР и Мексика. Самая большая доля используемой геотермальной энергии прихо­дится на страны Латинской Америки, но и она составляет немного более 1 %.

В России перспективными в этом смысле районами являются Камчатка и Курильские острова. С 60-х годов на Камчатке успешно работает полностью автоматизированная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, на Курилах - станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнер­гию, а на Камчатке и Курилах она очень высока в силу дальности перевозок топлива и отсутствия железных дорог.

Приливные станции — самые дорогие сооружения и пока это только потенциальный источник энергии. Районами их сооружения могут стать заливы и устья рек с очень высоким уровнем приливов. В заливе Фанди (Канада) он достигает 16,2 м, в устье р. Северн (Великобритания) — 14,5 м, в порту Гранвиль (Франция) — 14,7 м.

Во Франции работает крупная ПЭС на р. Ране мощностью 240 МВт, 25-летний опыт ее эксплуатации показал абсолютную экологическую чистоту таких сооружений: залив Се- Мало превратился в спокойное озеро, стал местом отдыха и туризма, плотина ПЭС имеет рыбоход и не влияет на миграцию рыб. В России с 1968 г. действует Кислогубская ПЭС, установленная мощность ее ничтожна - 0,7 МВт. Потенци­альных районов для строительства крупных ПЭС в стране несколько: Мезенская губа, Тугурский залив Охотского моря. Первая могла бы иметь мощность 15000 МВт, вторая - 10300. Однако капитальные затраты на сооружение гигантских плотин большой протяженности и трудности сооружения ПЭС в котловане с перемычками настолько велики, что в сегодняшних условиях эти проекты абсолютно нереальны.

Энергоноситель «биомасса» только условно можно назвать возобновляемым и альтернативным, ибо для созревания урожая (допустим, сахарного тростника) требуется один сезон, а для «скороспелых» видов деревьев (как делается на вырубленных «площадках» в Амазонии) - несколько лет. К тому же биомасса при ее сохранении тоже загрязняет атмосферу.

Атомная энергетика. На сегодня видимо только атомная энергетика способна резко и за достаточно короткий срок ослабить явление парникового эффекта. В какой-то мере это и происходит с 1973 г., когда доля атомной энергетики в приросте мирового производства электроэнергии составила 1/з.

В ряде развитых стран она уже заняла самые видные позиции. Доминирует здесь Франция - 73%. В этом плане показательна энергетическая политика Японии, которая предусматривает к 2020 г. достичь независимости в снабжении энергоресурсами. Страна, не имеющая нефти и газа и располагающая очень небольшими запасами угля, сможет добиться этого, развивая только атомную энергетику. Но для этого требуется уран, которого Япония тоже не имеет. Поэтому предусмотрено развитие атомной энергетики на базе реакторов - размножителей, самостоятельно производящих плутоний. В мире имеются разные точки зрения на перспективы строительства новых АЭС. По прогнозам, мощность АЭС в США в ближайшие годы будет продолжать расти, а затем ожидается ее стабилизация на длительный период. В Швеции прекращен ввод новых АЭС и намечен постепенный вывод из эксплуатации действующих. В то же время Франция и Япония намечают увеличивать не только абсолютную мощность своих АЭС, но и их удельный вес в электроэнергетике.

В России доля атомной энергии в производстве электроэнергии достигает 12%. Отмена строительства нескольких новых АЭС создала трудности в энергоснабжении ряда районов (Сев. Кавказа и др.). Наиболее высока доля АЭС в энергосистеме Северо-Запада (33%), Урала (23%) и Центра (22%). Трудности, возникшие в энергоснабжении в связи с распадом СССР, вынуждают некоторые государства (например, Армению) «размораживать» закрытые до этого по экологическим причинам АЭС.

Замена угля, нефти и газа атомной энергетикой уже привела к существенному снижению выбросов С02 и других парниковых газов. Если бы те 16% мирового производства электроэнергии, которые дают сейчас АЭС, производили бы угольные ТЭС, даже обслуживаемые самыми современными газоочистителями, то, по мнению специалистов, в атмосферу поступало бы дополнительно 1,6 млрд т углекислого газа, 1 млн т окислов азота, 2 млн т окислов серы и 150 тыс. т тяжелых металлов.

В нашей стране проблема нехватки энергоносителей и электроэнергии пока остро не стоит. Но поскольку цены на нефть все растут, а запасы ее отнюдь не бесконечны, то эта проблема может остро проявиться в относительно недалеком будущем. В России есть условия для использования всех типов возобновляемых источников энергии.

Однако вложения в эту отрасль окупаются далеко не сразу. И несмотря на то, что в перспективе электростанции, использующие возобновляемые источники энергии окупают себя, начальные капиталовложения очень велики, и далеко не всякое предприятие может себе это позволить. К тому же, электроэнергия, получаемая из традиционных источников все еще дешевле, хотя при существующих темпах роста тарифов нельзя быть уверенным, что через несколько лет ситуация не изменится. Энергия же, получаемая из возобновляемых источников становиться все дешевле. А как только использование альтернативных источников станет выгодным, в эту отрасль тут же последуют огромные капиталовложения. Но у традиционных, экологически вредных видов электростанций есть важное преимущество перед альтернативными - их мощность и относительно малые площади. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что полностью вытеснить традиционные энергоносители из использование альтернативным в обозримом будущем не удастся.

У возобновляемых источников энергии хорошие перспективы массового применения в северных районах нашей страны, где нет единой энергосети. Их уже активно используют, но перспективы расширения там еще велики.

Спрос на маломощные установки, использующие возобновляемые источники энергии в нашей стране довольно низок по нескольким причинам. Первая из них – высокие начальные капиталовложения. Вторая - психологический фактор. Люди привыкли к использованию существующих энергосетей, многие просто не доверяют новым технологиям. Поэтому без длительной и дорогостоящей рекламной компании нечего и думать о появлении высокого спроса на маломощные установки, работающие на альтернативных источниках энергии, со стороны населения. Шум производимый ветряными электростанциями, самыми дешевыми из альтернативных, сильно снижает их привлекательность в глазах покупателей.

Я считаю, что в скором времени одна или несколько крупных компаний, работающих в области энергетики начнут внедрять электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии. Они способны на крупные капиталовложения, и при постепенном внедрении нового товара, смогут сохранить свои позиции на рынке электроэнергии, а то и улучшить его. Но они начнут это только когда получат государственную поддержку, в том числе и материальную, либо когда запасы традиционных энергоносителей подойдут к концу.

Глава 3. Энергетические проблемы России

После распада Союза доминировавшие до этого проблемы энергетики (энергозатратность экономики, устаревшее энергетическое оборудование, удорожание добычи основных энергоносителей, проблема ликвидации последствий чернобыльской катастрофы) дополнились новыми, не менее сложными:

1. сужением угольной базы («отпали» Карагандинский бас­сейн и Донбасс);

2. резким падением добычи угля и нефти;

3. угрозой распада Единой энергетической системы;

4. платой за транзитную транспортировку газа в Западную Европу через территорию Украины;

5. ориентацией топливного комплекса Туркмении, богатой газом и нефтью, на внешние рынки вне СНГ;

6. т

   Выработка электроэнергии, %

   1990

   2000

   2015

   ТЭС

   73,8

   72,8

   71,0

   ГЭС

   15,1

   13,8

   13,2

   АЭС

   11Д

   13,4

   16,8

   
   
   

   
   рудностями энергоснабжения тех районов, которые раньше получали топливо и энергию с Украины (Северный Кавказ).

Нужно вырабатывать новую энергетическую концепцию. На ближайшие десятилетия в энергетической стратегии России приоритет отдается газовой промышленности. Значительное место отводится и ядерной энергетике. Ее развитие предполагает два этапа: на первом - техническое перевооружение отрасли, на втором - наращивание мощностей.

Доля ТЭС остается почти неизменной, доля ГЭС снизится, а существенно увеличится лишь доля атомной энергии.

В европейской части России очень высока степень использования гидроэнергетического потенциала - 42,4%, даже в Восточной Сибири она достигает 27,1%. Но в ряде районов гидроэнергетика снимает значительную часть экологической нагрузки: так в Поволжье мощность Куйбышевской, Чебоксарской и Саратовской ГЭС составляет 5000 МВт, а всех тепловых станций - 7400 МВт, при этом подавляющая часть их работает на газе и мазуте (на угольные станции приходится всего 0,5% мощностей).

Вредное воздействие угольных ТЭС и очень высокие капиталовложения в очистное оборудование делают их неконкурентоспособными. Обвальное падение добычи нефти и необходи­мость ее экспорта для получения твердой валюты делают маловероятным и строительство новых крупных ТЭС на мазуте, кроме районов нефтедобычи в Западной Сибири (они дают сейчас более 70% всей добычи в России) и на европейском Севере.

В европейской части России очень высока степень использо­вания гидроэнергетического потенциала - 42,4%, даже в Восточной Сибири она достигает 27,1%. Но в ряде районов гидроэнергетика снимает значительную часть экологической нагрузки: так в Поволжье мощность Куйбышевской, Чебоксарской и Саратовской ГЭС составляет 5000 МВт, а всех тепловых станций - 7400 МВт, при этом подавляющая часть их работает на газе и мазуте (на угольные станции приходится всего 0,5% мощностей).

Таким образом, стабильная газодобыча и атомная энергети­ка являются опорой энергетического хозяйства России.

Дополнительные аргументы: почему нужно развивать атомную энергетику?

Для России, вступающей в рыночную экономику, только ядерная энергетика способна обеспечить производство стабильно дешевой электроэнергии и предотвратить сползание в энерго-экономическую и ценовую бездну.

Имеющиеся в России запасы добытого урана обладают электропотенциалом в 15 трлн кВт/ч. Электропотенциал оружейного ядерного материала — 12—14 трлн кВт/ч. Это столько, сколько смогут выработать все наши электростанции за 35 лет.

Эти запасы смогут сэкономить 7 трлн м газа, которых хватило бы для экспорта в нынешнем объеме в Западную Европу в течение 110 лет! Между тем Минтопэнерго фактически осуществило общенациональный перекос в сторону опасной моноресурсной энергетики, потребление в ней нефтегазового топлива превысило 60%.

Атомная энергетика дает 12% выработки всей электроэнергии в России и является чуть ли не единственной отраслью, не снизившей объем производства в годы экономическо­го спада. Конечно, чернобыльская катастрофа резко замедли­ла ввод в строй новых АЭС и сделала первостепенной задачей усиление их безопасности, тем более что на территории быв­шего СССР находятся в эксплуатации 16 энергоблоков с реак­торами чернобыльского типа. Модернизация этих и других станций проводится с помощью Комиссии европейских сообществ.

Вместе с тем альтернативы развитию атомной энергетики нет. Возместить 40000 МВт электрической мощности, которые потеряла бы страна при отказе от атомной энергетики - это значит построить 10 новых крупнейших ТЭС и ежегодно добывать и сжигать 170-180 млн т угля со всеми вытекающими отсюда экологическими последствиями. К тому же компания на Западе об особой ненадежности советских реакторов вызвана и конкуренцией на мировом рынке атомного оборудования.

Проблема захоронения ядерных отходов на территории Российской Федерации

Проблема захоронения ядерных отходов известна сейчас каждому. Однако, когда, почему и как она остро встала в нашей стране, знает далеко не каждый.

Активная общественная дискуссия о предложении Минатома РФ открыть границы России для ввоза ядерных отходов из-за рубежа началась в 1998 году. Евгений Адамов, министр по атомной энергии, предложил таким образом зарабатывать средства на развитие атомной отрасли. Кроме того, за счет этих средств предлагается финансировать и экологические программы, которые атомная индустрия обязана осуществлять около своих объектов. Но статья 50-я Закона об охране окружающей среды запрещает ввоз на территорию России радиоактивных отходов. Чиновники Минатома и ряд депутатов ГосДумы, считают, что закон необходимо изменить с тем, чтобы заработать на ввозе отходов из расчета миллион долларов за тонну. 
Ядерные отходы, о которых идет речь, это отработанное ядерное топливо иностранных АЭС (ОЯТ). Опаснее этого вида радиоактивных отходов только атомная бомба. Такие отходы в большинстве стран хранятся в специально оборудованных хранилищах, способ их захоронения не определен ни в одной из ядерных держав по причине чрезвычайной сложности процесса, ведь ОЯТ будет сохранять смертельный уровень излучения многие сотни лет. Во время лоббирования в Госдуме законопроектов, разрешающих ввоз в Россию отработанного ядерного топлива (ОЯТ), атомщики обещали заработать 20 млрд долл. в течение 10 лет. Десять процентов от этой суммы, 2 млрд долл., должны были составить отчисления в бюджет. То есть каждому россиянину обещано примерно по полтора доллара в год в течение 10 лет. В то же время первоначальные инвестиции, необходимые для запуска этой программы, оценивались самим же Минатомом в те же 2 млрд долл. По оценкам других специалистов, в том числе из Госатомнадзора, эти изначальные затраты будут гораздо больше. Согласно плану, разработанному в Минатоме РФ, в течение ближайших 10 лет в Россию будет ввезено около 20 тыс. тонн ядерных отходов (отработавшее ядерное топливо с зарубежных АЭС). Законопроекты, изменяющие законы "Об охране окружающей среды" и "Об использовании атомной энергии", направлены на легализацию ввоза ядерных отходов. 21 декабря 2000 года Госдума приняла эти законопроекты в первом чтении, поверив в обещание атомной индустрии выручить до 20 миллиардов долларов на этой операции. С тех пор массовые протесты ввозу отходов прошли в более чем 30 городах России и более 20 региональных законодательных собраний в России выразили свой протест планам ввоза в Россию ядерных отходов. Однако, большинство депутатов Госдумы не желает прислушиваться к мнению 93,5% граждан страны. Именно столько людей выступает против ввоза ядерных отходов по опросу РОМИР.

Заключение

Энергия - это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовал индустриализации и развитию общества. Однако в настоящее время при огромной численности населения и производство, и потребление энергии становится потенциально опасным. Последние события на японской Фукусиме - яркий тому пример. Наряду с локальными экологическими последствиями, сопровождающимися загрязнением воздуха и воды, эрозией почвы, существует опасность изменения мирового климата в результате действия парникового эффекта.

Человечество стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучия людей, а с другой - сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, серьезному ущербу для здоровья человека.

Сегодня около половины мирового энергобаланса приходится на долю нефти, около трети - на долю газа и атома (примерно по одной шестой) и около одной пятой - на долю угля. На все остальные источники энергии остается всего несколько процентов. Совершенно очевидно, что без тепловых и атомных электростанций на современном этапе человечество обойтись не в состоянии, и все же, там, где возможность, следует внедрять альтернативные источники энергии, чтобы смягчить неизбежный переход от традиционной энергетики к альтернативной. Тогда будет жизненно важно, сколько солнечных батарей успеет вступить в действие, сколько заработает "мини-ГЭС" и приливных станций, открывающих дорогу тысячам других, сколько цепочек ветряков встанет по горам и сколько цепочек волновых буйков закачается у побережий.

Ядерная энергия играет исключительную роль в современном мире: ядерное оружие оказывает влияние на политику, оно нависло угрозой над всем, живущим на Земле. А пока человечество стремится утолить свои непрерывно растущие потребности в энергии путем беспредельного развития ядерной энергетики, радиоактивные отходы загрязняют нашу планету, суверенитет государств, обладающих запасами невозобновимых природных ресурсов, находится под угрозой. В действительности жизнь на Земле всегда зависела от ядерной энергии: ядерный синтез питает энергией Солнце, радиоактивные процессы в недрах Земли нагревают ее жидкое ядро, влияют на подвижность материковых плит.

Первая половина 20 века ознаменовалась крупнейшей победой науки - техническим решением задачи использования громадных запасов энергии тяжелых атомных ядер - урана и тория. Этого вида топлива, сжигаемого в атомных котлах, не так уж много в земной коре. Если всю энергетику земного шара перевести на него, то при современных темпах роста потребления энергии урана и тория хватит лишь на 100 - 200 лет. За этот же срок исчерпаются запасы угля и нефти.

Вторая половина 20 века стала веком термоядерной энергии. В термоядерных реакциях происходит выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Быстро протекающие термоядерные реакции осуществляются в водородных бомбах.

В термоядерных реакторах, безусловно, будет использоваться не обычный, а тяжелый водород. В результате использования водорода с атомным весом, отличным от наиболее часто встречающегося в природе, удастся получить ситуацию, при которой литр обычной воды по энергии окажется, равноценен примерно 400 литрам нефти. Элементарные расчеты показывают, что дейтерия (разновидность водорода, которая будет использоваться в подобных реакциях) хватит на земле на сотни лет при самом бурном развитии энергетики, в результате чего проблема заботы о топливе отпадет практически навсегда.

И все-таки вновь и вновь мы обращаемся к вопросу, из какого материала и какими методами в будущем человечество должно получать энергию?

На сегодня существует несколько основных концепций решения проблем:

1. Расширение сети станций на урановом топливе.

2. Переход к использованию в качестве ядерного топлива тория-232, который в природе более распространен, нежели уран.

3. Переход к атомным реакторам на быстрых нейтронах, которые могли бы обеспечить производство ядерного топлива более чем на 3000 лет, в настоящее время является сложной инженерной проблемой и несет в себе огромную экологическую опасность в связи с чем испытывает серьезное противодействие со стороны мировой экологической общественности и является малоперспективным.

4. Освоение термоядерных реакций, во время которых происходит выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий .

В настоящее время наиболее разумным представляется развитие энергетики в расширении сети урановых и уран-ториевых атомных станций в период решения проблемы управления термоядерной реакцией.

Однако, главная проблема современной энергетики - не истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая и политическая обстановка: еще задолго до того, как будут использованы все мыслимые ресурсы, разразиться экологическая катастрофа, которая превратит Землю в планету, совершенно не приспособленную для жизни человека.

Опрос: Проведя опрос в своей группе о наилучшем виде источников энергии: альтернативные (ветряки, солнечные электростанции и т.д.) или углеводородные (нефть, газ и т.д.); я составила следующую диаграмму:

[pic] Выводы и предложения

Проанализировав проблему, я пришла к выводу, что в процессе глобализации и интеграции всем странам мира , в том числе и России, стоит придерживаться так называемого оптимистического глобального вопроса, который в конечном итоге сводится к стратегии устойчивого развития.

Некоторые, на мой взгляд, наиболее эффективные способы использования альтернативной энергии общемирового масштаба:

Для ядерной энергетики выходом может послужить строительство реакторов-размножителей - они вырабатывают энергию и, в то же время. производят ядерное топливо. При использовании реакторов этого типа запасов урана хватит не менее чем на 6000 лет. Кроме того, в Германии, Франции, Италии вновь были введены в действие программы переработки угля в жидкое топливо, напоминающее бензин. Это смягчит последствия нефтяного кризиса. Предлагаются и другие заменители нефти, в том числе, продуты переработки древесины.

В Бразилии часть транспорта переведена с бензина на спирт, получаемый из стеблей сахарного тростника. Там также проводились испытания турбореактивных двигателей, работающих на топливе «прозен», состоящем из смеси растительных масел. Конечно, подобные виды горючего дороги и не могут производиться в больших количествах. Я считаю. Что нефтехимии России следует сделать особый акцент на развитие такого перспективного вида топлива.

То же относится и к энергии солнца, ветра. У России высокий научный потенциал, позволяющий создавать долгосрочные и относительно недорогие проекты использования АИ такого типа на нашей территории, опережая другие страны мира.

Более перспективно использование в качестве топлива дешёвого и экологически чистого водорода. На таком горючем уже ездят тысячи автомобилей в крупных городах.

Сохраняются перспективы развития ядерной энергетики, в частности овладение процессом управляемого термоядерного синтеза. Этот процесс основывается на использовании высокотемпературной плазмы – ионизированной смеси дейтерия и трития. Если удастся освоить эту технологию, человечество получит неисчерпаемый источник энергии. Все эти ресурсы относятся к возобновляемым. Однако, их восстановление сильно отстаёт от роста потребления.

Я считаю для нашей страны очень важно развивать альтернативную энергетику в следующих направлениях:

- создание принципиально нового оборудования взамен устаревшего;

- расширение реализации проекта термоядерного синтеза, включающего три этапа:

- модернизация имеющихся станций, работающих на реакторах чернобыльского типа;

- увеличение мощностей имеющихся станций и строительство новых;

- правильное, продуманное использование природных и погодных условий для перехода к АИ (например, для гидроэнергетики наибольший потенциал представляют территории Восточной Сибири и Европейской части России);

- использование имеющегося потенциала для более широкого распространения ветрогенераторов в качестве АИ.

Если население Земли будет увеличиваться с той же скоростью, что и сейчас, все виды ресурсов истощатся в ближайшие 200 лет – таков неутешительный вывод экспертов. Даже если люди всего мира согласятся с этим и перейдут на ресурсосберегающие технологии, то успеют ли они перестроиться за столь ограниченное время? На этот вопрос чёткий ответ дают только технологии АИ.

Используемая литература

I Источники:

1. Солнечная энергетика и солнечные батареи (http://solar-battery.narod.ru)

2. Интернет версия журнала «Наука и жизнь»

II Исследования:

3. Дементьев Б. А. Ядерные энергетические реакторы. М., 1984

4. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник. Кн. 3. М., 1985

III Справочные издания

5. Ф. Н. Мильков Общее землеведение-с.567-568

6. Б. С. Залогин 0кеаны-с.231-240

7. Б. С. Залогин Океан и человек-с.146-148

8. М. Р. Плоткин Основы промышленного производства-с.354-361

9. М. М. Дагаев Астрофизика-с.127-12

10. Л.Д.Юдасин. Энергетика: проблемы и надежды. – М., 1990 – с.344-356

11. Г.Г.Чибриков. Интернационализация хозяйственной жизни и глобальные проблемы современности. – М., 1989 – с. 227-244