Энергетика. Будущее и настоящее

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Уральский государственный  технический университет - УПИ имени  первого Президента России Б.Н. Ельцина

Факультет химико-технологический

Кафедра технологии неорганических веществ 
 
 
 

Домашняя  работа №1 по дисциплине

Концепции современного         естествознания

На  тему: «Энергетика. Будущее  и настоящее» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Студент                                                                                                      О.А. Зубарева

Группа ЭУ-191101

 Преподаватель, профессор, д.т.н.                                                   В.Н. Десятник                              

Екатеринбург 

2009  

Оглавление 

Введение  ………………………………………………………………………………………………………3

Общие положения ……………………………………………………………………………………….4

Типы  и виды электростанций……………………………………………………………………….6

Альтернативные источники энергии ………………………………………………………....11

Солнечная энергия ……………………………………………………………………………………..12

Энергия ветра ……………………………………………………………………………………………..13

Морская энергия ………………………………………………………………………………………..14

Энергия рек ………………………………………………………………………………………………..15

Энергия мирового океана …………………………………………………………………………16

Энергия земли …………………………………………………………………………………………..17

Энергия из отходов ……………………………………………………………………………………18

Энергия навоза ………………………………………………………………………………………….19

Водородная  энергетика …………………………………………………………………………….20

Выводы……………………………………………………………………………………………………… 21

Список  литературы …....................................................................................23 
 
 
 
 

Введение

     Нынешнее общество к концу ХХ века столкнулось с энергетическими проблемами, которые приводили даже к кризисам. Человечество старается найти новые источники энергии, которые были бы выгодны во всех отношениях: простота добычи, дешевизна транспортировки, экологическая чистота, восполняемость. Уголь и газ отходят на второй план: их применяют только там, где невозможно использовать что-либо другое. Всё большее место в нашей жизни занимает атомная энергия: её можно использовать как в ядерных реакторах космических челноков, так и в легковом автомобиле.

     Но ведь все традиционные источники энергии обязательно закончатся, особенно при постоянно возрастающих потребностях людей. Поэтому на рубеже XXI века человек стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Есть и другие причины, в связи с которыми человечество обратилось к альтернативным источникам энергии. Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя всех видов энергии (при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на – 35 – 40 лет, газа – на 50 лет). Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект. 

Общие положения 

     Электроэнергетика - отрасль промышленности, занимающаяся производством электроэнергии на электростанциях и передачей ее потребителям, является также одной из базовых отраслей тяжёлой промышленности.

     Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств.

     Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней  увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных  топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах - размножителях плутоний. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых для постройки станции, долговечности станций.

     Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Представить без электроэнергии наш быт также невозможно. Столь широкое распространение объясняется ее специфическими свойствами: возможности превращаться практически во все другие виды энергии  (тепловую, механическую, звуковую, световую и другие); способности относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах;  огромным скоростям протекания электромагнитных процессов; способности к дроблению энергии и образование ее параметров (изменение напряжения, частоты).

Основным потребителем электроэнергии остается промышленность, хотя ее удельный вес в общем полезном потреблении электроэнергии во всём мире значительно снижается. Электроэнергия в быту является основной частью обеспечения комфортабельной жизни людей 

Типы  и виды электростанций 

Теплоэнергетика

     Первые ТЭС появились в конце XIX века. .Принцип работы тепловых станций основан на последовательном преобразовании химической энергии топлива в тепловую и электрическую энергию. Основным оборудованием ТЭС является котел, турбина, генератор. В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине водяной пар превращается в механическую энергию вращения. Генератор превращает энергию вращения в электрическую. Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в виде пара из турбины либо котла.

     Тепловые электростанции имеют как свои преимущества, так и недостатки. Положительным по сравнению с другими типами электростанций является относительно свободное размещение, связанное с широким распространением и разнообразием топливных ресурсов; способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. К отрицательным относятся следующие факторы: ТЭС обладает низким коэффициентом полезного действия, если последовательно оценить различные этапы преобразования энергии, то увидим, что не более 32% энергии топлива превращается в электрическую. Топливные ресурсы нашей планеты ограничены, поэтому нужны электростанции, которые не будут использовать органическое топливо. Кроме того, ТЭС оказывает крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду. 

Гидроэнергетика

     По количеству вырабатываемой энергии на втором месте находятся гидравлические электростанции (ГЭС). Они производят наиболее дешевую электроэнергию, но имеют довольно большую себестоимость постройки. Современные ГЭС позволяют производить до 7 млн. кВт энергии, что вдвое превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и, пока, АЭС, однако размещение ГЭС в Европе затруднено по причине дороговизны земли и невозможности затопления больших территорий в данных регионах. Важным

недостатком ГЭС  является сезонность их работы, столь  неудобная для промышленности.

     ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках.

Существует три  основных вида ГЭС:

1. Гидроэлектрические  станции.

     Технологическая схема их работы довольна проста. Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнергетические ресурсы с помощью строительства гидротехнических сооружений. Гидроэнергетические ресурсы используются в турбине и превращаются в механическую энергию, механическая энергия используется в генераторе и превращается в электрическую энергию.

2. Приливные станции.

     Природа сама создает условия для получения напора, под которым может быть использована вода морей. В результате приливов и отливов уровень морей меняется на северных морях - Охотском, Беринговом, волна достигает 13 метров. Между уровнем бассейна и моря создается разница и таким образом создается напор. Так как приливная волна периодически изменяется, то в соответствии с ней меняется напор и мощность станций. Пока еще использование приливной энергии ведется в скромных масштабах. Главным недостатком таких станций является вынужденный режим. Приливные станции

(ПЭС) дают свою  мощность не тогда, когда этого  требует потребитель, а в зависимости  от приливов и отливов воды. Велика также стоимость сооружений  таких станций.

3. Гидроаккумулирующие  электростанции.

     Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами: верхним и нижним. В ночные часы, когда потребность электроэнергии мала, вода перекачивается из нижнего водохранилища в верхний бассейн, потребляя при этом излишки энергии, производимой электростанциями ночью. Днем, когда резко возрастает потребление электричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатывая при этом энергию. Это выгодно, так как остановки

ТЭС в ночное время  невозможны. Таким образом ГАЭС позволяет  решать проблемы пиковых нагрузок. ГЭС являются весьма эффективными источниками  энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении и имеют высокий КПД - более 80%. В результате производимая энергия  на ГЭС самая дешевая. Огромное достоинство  ГЭС – возможность практически  мгновенного автоматического запуска  и отключение любого требуемого количества агрегатов. Но строительство ГЭС  требует длительных сроков и больших  удельных капиталовложений, это связано  с потерей земель на равнинах, наносит  ущерб рыбному хозяйству.  

Атомная энергетика.

     Первая в мире АЭС - Обнинская была пущена в 1954 году в России.

Персонал 9 российских АЭС составляет 40,6 тыс. человек или 4% от общего числа населения занятого в энергетике.

Чернобыльская катастрофа вызвала сокращение программы атомного строительства, с 1986 г. в эксплуатацию были введены только 4 энергоблока.

     АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они обсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практичеки равную мощности средней ГЭС, однако коэффициэнт использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.

    1. Существующие трудности в использовании атомной энергии – захоронение радиоактивных отходов. Для вывоза со станций сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения. Захоронение производится в земле, на больших глубинах в теологически стабильных пластах.

     2. Катастрофические последствия аварий на некоторых устаревших АЭС – следствие несовершенной защиты системы.

     3. Тепловое загрязнение используемых АЭС водоёмов.

     Функционирование АЭС, как объектов повышенной опасности, требует участия государственных органов власти и управления в формировании направлений развития, выделения необходимых средств. 
 
 

Альтернативные  источники энергии 

     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 запасов топлива может хватить на века. Что же произойдет тогда, – а это рано или поздно случится, – когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Поэтому в общую типологию электростанций включаются электростанции, работающие на так называемых нетрадиционных или альтернативных источниках энергии. К ним относят:  энергию приливов и отливов; энергию малых рек;  энергию ветра;  энергию Солнца;  геотермальную энергию; энергию горючих отходов и выбросов; энергию вторичных или сбросовых источников тепла и другие.