Альтернативная энергетика
Учебный проект
2012 год
Авторы: Догадаев Дмитрий Алексеевич уч-ся 9 Б кл., Артемьев Денис Владимирович уч-ся 8 В кл., Привалов Андрей Витальевич, уч-ся 8 Б кл.
МБОУ г.Костромы основная общеобразовательная школа №19
Руководитель: Матросова Галина Николаевна, учитель физики
Постановка проблемы
Ученые предупреждают о возможном исчерпании известных и доступных для использования запасов нефти и газа, об истощении других важнейших ресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, и т.д. За 40 лет после второй мировой войны было использовано столько минерального сырья, сколько за всю предыдущую историю человечества.
Сегодня энергетика мира базируется на невозобновляемых источниках энергии. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей и, прежде всего с тем, чтобы попытаться уменьшить долю жидкого топлива. Но можно сказать, что человечество уже сегодня вступило в переходный период - от энергетики, базирующейся на органических природных ресурсах, которые ограничены к энергетике на практически неисчерпаемой основе.
Большие надежды в мире возлагаются на так называемые альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновимости и в том, что они экологически чистые.
Альтернативные источники энергии
энергия ветра
топливо из биомассы
энергия приливов
Энергия Солнца
глубинное тепло Земли
Энергия Солнца
Крымская солнечная электростанция «Перово» стала крупнейшей в мире
Электростанция состоит из 440 000 кристаллических солнечных фотоэлектрических модулей, установленных на более 200 га площади (охватывает примерно 259 футбольных полей). Установка будет производить 132 500 МВт часов чистой электроэнергии в год, что достаточно для удовлетворения потребностей в электроэнергии Симферополя, столицы Крыма (2011 год)
Существует много способов использования солнечной энергии. Для приема и преобразование энергии солнца в электрическую применяются солнечные батареи. Гелиоустановки (коллекторы) -превращают ее в тепловую.
Способы преобразования солнечной радиации в СЭС различны и зависят от конструкции электростанции (башенные, тарельчатые, на солнечных батареях, параболические концентраторы и пр.
СЭС «Солнечная башня» VIDEO
Солнечный коллектор
Солнечные установки (коллекторы) предназначены для отопления и горячего водоснабжения жилых домов.
В среднем, солнечный коллектор обеспечивает до 70% потребностей здания в горячей воде и 30% потребностей в отоплении.
Солнечный коллектор является идеальным относительно недорогим энергосберегающим решением для частных домов, коттеджей, загородных дач, в которых в зимнее время постоянно не проживают. Солнечный коллектор при любых условиях будет поддерживать достаточную положительную температуру в доме.
В случае высоких потребностей в горячей воде в летнее время, например для обеспечения горячей водой постояльцев мини-отелей, баз отдыха, подогрева воды в бассейне или для нужд тепличного хозяйства солнечный коллектор незаменим и окупается за 1-2 сезона. Как резервный источник горячей воды, солнечный коллектор может быть использован в больницах, детских садах, на автомойках, АЗС и других объектах.
Наиболее выгодно использовать солнечный коллектор в «солнечных регионах»: юг европейской части России, Урал, юг Западной Сибири, Забайкалье, Дальний Восток. Но даже в условиях Подмосковья солнечный коллектор работает достаточно эффективно.
Солнечные батареи в космонавтике
Солнечные батареи в космонавтике занимают доминирующее положение среди других источников автономного энергопитания. Они снабжают электроэнергией аппаратуру спутников и системы жизнеобеспечения космических кораблей и станций, а также заряжают электрохимические аккумуляторы, используемые на теневых участках орбиты.
МКС — совместный международный проект, в котором участвуют 15 стран.
Новые идеи
Солнечные деревья придуманы и созданы в Ross Lovergrove. Это не просто декоративные деревья. Это уличные фонарики, которые оснащены солнечными батареями. В течении светлого времени суток солнечные батареи собирают энергию в аккумуляторы, а в тёмное время суток зажигают светильники. Лампы смонтированы сразу под солнечными батареями, а вся конструкция установлена на длинной, относительно тонкой ножке. Эти интересные деревья абсолютно экологичны и естественно вписываются в любой природный ландшафт.
Vivien Muller придумал и собрал новый вариант USB зарядного устройства. Принцип работы устройства – солнечные батареи. Зарядное устройство сделано в виде маленького дерева, которое произрастает из лотка. Вместо листьев на дереве расположены 54 маленьких солнечных элемента, которые накапливают энергию в аккумулятор, спрятанный в подставке. Каждый листик-фотоэлемент вы может произвольно поворачивать на деревце, тем самым каждый раз придавая конструкции новую форму.
Солнечный транспорт
Беспилотный самолёт Helios с фотоэлементами на крыльях
Каждый год в Австралии проходят многодневные международные гонки солнцемобилей. В 2011 г. 37 машин, выполненных в футуристическом дизайне, преодолели дистанцию в 3 тыс. км — от города Дарвин на севере страны до Аделаиды на юге. Марафон занял около недели. При этом машины передвигались на энергии Солнца машины только днём, а ночью они превращались в электромобили.
Автозаправку на солнечной энергии построила Honda VIDEO
Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т.д. Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства, или для электродвигателя электрического транспорта.
Энергия ветра
Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. В результате энергия ветра превращается в электрический ток. Для получения энергии ветра применяют разные конструкции двигателей: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некоторое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой.
Video
Новые идеи
Воздушные змеи KiteGen будут собирать энергию ветра
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) использует ветер, как птица
Британская компания Ecotricity анонсировала первое в мире зарядное устройство для электромобилей, которое получает энергию от ветровых турбин
Новые идеи
Американская компания SavWatt разработала уличный фонарь
Eco-Pole, который полностью независим от энергосети и работает только на
солнечной и ветровой энергии.
Горнолыжная трасса в США, штат Массачусетс, стала первой в мире горнолыжной площадкой для генерации энергии ветра. Семья Шефер, которая владеет независимым бизнесом в этом районе, установила ветряную турбину, поставив перед собой цель по сокращению всех возрастающих затрат на электроэнергию.
Геотермальная энергия
Геотермальная энергия заключается в наличии подземных водоемов, которые нагреты до высоких температур. В земной коре есть вода с температурой от 30 до 100 градусов С и пары с температурой свыше 100 градусов. Эти недры и служат для получения энергии. Для получения электроэнергии необходима высокотемпературная вода и даже пар. На геотермальной электростанции, такой как "Гейзеры", нагретый пар и вода, поднятые из недр земли на поверхность, вращают турбины. Турбины соединены с генераторами, которые вырабатывают электричество.
На территории России есть четыре ГеоТЭС : Верхне-Мутновская, Паужетская, Океанская и Менделеевская (Курилы)
Прямой геотермальный нагрев
Слаботермальные и термальные воды могут быть использованы для отопительных систем. При прямом геотермальном нагревании горячая вода из источников (нагретые грунтовые воды) используется для обогрева домов и предприятий, а также в снегоплавильных установках, парниках и на рыбных фермах. К настоящему времени 72 страны сообщили о прямом использовании геотермальной энергии, обеспечивая при этом потребление более 16000 мегаватт. Страны, которые используют геотермальное нагревание напрямую: Франция, Германия, Исландия, США и Китай.
Геотермальное отопление VIDEO
Энергия приливов
Прили́вная электроста́нция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов - фактически кинетическую энергию вращения Земли. ПЭС строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.
Крупнейшая в мире ПЭС
Ля Ранс, Франция
Принцип работы ПЭС VIDEO
Разрабатываются электростанции работающие за счет движения воды в океанских течениях. Вот один из вариантов, реализованный с помощью гидротурбин VIDEO
В России с 2006г. Действует Малая Мезенская ПЭС электростанция мощностью 1,5 МВт. Планируется, что станция будет иметь мощность 8 ГВт и её годовая выработка электроэнергии составит 38,9 млрд. кВт·ч. Существуют проекты использования энергетического потенциала Белого и Охотского морей.
Биотопливо
Биотопливо является достаточно обширным понятием, охватывающим целый ряд различных видов топлива, получаемых специальным способом из биомасс. Различают твердую биомассу, жидкое топливо и биогазы.
Наиболее яркими примерами биотоплива являются:
Биоэтанол – спирт, полученный методом брожения сахара и крахмала, которые содержатся в растениях. В настоящий момент развивается технология получения этанола из целлюлозных биомасс, таких как деревья и трава. Этанол можно использовать как чистое топливо для автомобилей, однако зачатую его применяют лишь как добавку к бензину для увеличения октанового числа и уменьшения вредных выбросов в атмосферу. Данный вид топлива широко используется в США и Бразилии.
Биодизель – дизельное топливо, полученное из растительного масла или животного жира (включая повторно переработанный). Подобно биоэтанолу, биодизель пригоден для использования как чистого топлива для автомобилей, но в наше время его добавляют в «обычный» дизель, чтобы сократить объем выхлопных газов. Биодизель распространен в Европе.
Биогаз – производится благодаря анаэробному перегниванию органического материала анаэробными микроорганизмами. Биогаз может быть получен из биологически разложимых отходов либо из специальных растений, помещенных в метантенки (резервуары значительной вместимости для биологической переработки с помощью бактерий). При этом, побочные продукты такого рода производства могут также использоваться как биотопливо либо как удобрение.
Твердое биотопливо – пожалуй, самый доступный и распространенный вид биотоплива: дерево, опилки, скошенная трава, бытовые отходы, древесный уголь, сельскохозяйственные отходы, непищевые растения и высушенный навоз.
Завод пиролиза биомассы, Австрия
Новые идеи
В Амстердаме находится крупная установка по очистке сточных вод. Сюда попадает почти все, что оказывается в городской канализации. Потом образующийся газ собирают, и снабжают им всю установку. Система получившая название «экостилер», используется для обогрева жилищ и производства электроэнергии. Таким образом, светом и теплом снабжают не менее 25 тыс. домов, которые находятся на площади примерно в 20 кв. км.
Крошечная морская водоросль, которая может служить топливом для автомобилей, кормом для скота и к тому же существенно снижает загрязнение окружающей среды.
VIDEO
Биогазовая установка позволяет извлекать из навоза и других органических отходов большое количество биогаза и ценнейших биоудобрений. Из одной тонны навоза можно получить 50-100 кубометров газа. В России наиболее актуальным может быть применение биогазовых установок и вырабатывание ими электричества и тепла при расширении аграрного бизнеса , строительстве перерабатывающих производств, теплиц, объектов культурно-социального назначения и здравоохранения.
Новые идеи
Компания Sony уже длительное время занималась разработкой батареи биологического типа, первый образец был создан еще в 2007 году. За прошедшее время удалось значительно усовершенствовать устройство и в результате после многочисленных исследований «сахарный» источник питания представили публике, на международной выставке Eco-Products 2011.
Компания Philips разработала инновационную технологию bio-light -Био-освещение. Лампа состоит из комплекса небольших колб из стекла.
Каждая колбочка наполнена определенным количеством биолюминесцентных бактерий. Эти бактерии, при подаче в колбы метанового газа, как раз и испускают приглушенный зеленоватый мягкий свет по аналогии со светлячками.
Перспективы
Как мы видим источников энергии на нашей планете много. Но человечество просто до конца не научилось их использовать. Нельзя останавливаться на каком-то определенном источнике энергии, каждый вид должен развиваться и совершенствоваться. В последние годы тенденция роста использования возобновляемых источников энергии в связи с развитием новых технологий становится все более перспективной.
Потенциал возобновляемых источников энергии в России колоссален, он достигает 4,5 млрд тонн условного топлива в год, что более чем в четыре раза превышает ежегодное внутреннее потребление первичных энергоресурсов в стране. При этом практически в каждом российском регионе есть свой вид возобновляемого ресурса.
Отныне наше будущее в наших руках и от нас зависит, сможем ли мы разумно использовать данное нам самой природой…
Источники
http://alternativenergy.ru/
http://aenergy.ru/
http://bestgenerator.ru/vetro.html
http://fizportal.ru/geothermal
http://www.cheburek.net/category/energiya-vetra
http://bigpicture.ru/?p=222534
http://energycraft.ru/Biotoplivo/biotoplivo.html
http://alternativenergy.ru/bioenergetika/
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8C%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0
ВИДЕО:
http://www.youtube.com/watch?v=Gu3EyzOYpGY&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=SfDaOwuYu04&feature=player_embedded
http://www.youtube.com/watch?v=DEZnK4Sskxs&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=37iJTfp5aWU&feature=player_detailpage&list=PL03396D8DE5EDDDCA
http://www.youtube.com/watch?v=5sjg0lSymZ8&feature=player_embedded
http://www.newstube.ru/media/avtozapravku-na-solnechnoj-ehnergii-postroila-honda
http://www.youtube.com/watch?v=aV5X0QkgOBY
