Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы

НазваниеРеферат Энергетика будущего. Возможные проблемы
страница1/2
Дата конвертации10.08.2012
Размер254,69 Kb.
ТипРеферат
  1   2


ГОУ гимназия№1505

«Московская городская педагогическая гимназия»


Реферат

Энергетика будущего. Возможные проблемы


автор: ученик 9 класса «А»

Чередник Никита

Руководитель: Наумов А.Л


Москва

2012


Оглавление:

Введение.....................................................................................................3

Глава 1 Анализ существующих электростанций………………………………………………………….4-9

    1. Теплоэнергетика....................................................................................4-5

    2. Гидроэлектростанции…………………………………………………5-6

1.3 Атомная электростанция………………………………………………6-8

Глава 2 Альтернативные источники энергии и перспективы их развития…………9-14

2.1 Использование энергии ветра……………………………………………………………………9

2.2 Использование геотермальной энергии…………………………………………………………………10

2.3 Энергия морских волн…………………………………………………………………….11

2.4 Приливные электростанции…………………………………………...11-12

2.5 Солнечная энергия в энергетике……………………………………………………………..12-14

Глава 3 Проблемы современной энергетики…………………………………………………………….15-17

Заключение………………………………………………………………18

Литература……………………………………………………………….19


Введение.

Данный реферат посвящен проблеме развития энергетики в будущем.

Объектом моего исследования выступают разные виды наиболее перспективных электростанций.

Энергетика - важнейший ресурс, необходимый обществу для полноценного развития и охватывающий разные сферы жизни человечества, такие как экономика и наука. Мы используем энергию в повседневной жизни, когда включаем свет, заряжаем телефон и т.д. И сейчас для производства такого важного ресурса мы используем исчерпаемые источники. Но задумывались вы, что делать, если они иссякнут? По последним сводкам органического топлива (нефть, уголь) остается только на 300, в лучшем случае, 400 лет.

И чтобы не решится энергетики, мы должны искать альтернативные источники и модернизировать уже существующие.

В своей работе, проанализировав научно-популярную литературу, я постараюсь доступно объяснить принцип работы различных электростанций, указать на проблемы, которые предстоит решить, и предположить какие электростанции человечество будет использовать в ближайшем будущем.

Логически мою работу можно разделить на три части.

В первой я постараюсь рассказать об устройстве, преимуществах и недостатках уже существующих электростанций. Во второй часть мы перейдем к обсуждению альтернативных источников энергии. И наконец мы рассмотрим проблемы современной энергетики такие, как транспорт энергии и т.д


Глава 1.

Устройство и анализ уже существующих электростанций.

В данной главе мы рассмотрим устройство уже существующих электростанций, их основные элементы, по которым различают одну электростанцию от другой, а также перспективы их развития.

    1. Теплоэнергетика

Теплоэнергетика является наиболее распространенной в современном мире, однако кроме преимуществ, делающих тепловые электростанции(ТЭС) самыми распространенными в мире, есть и заметные недостатки с которыми предстоит работать. Рассмотрим устройство ТЭС.


Любая ТЭС состоит из пяти основных элементов:

  1. паронагреватель

  2. паровая турбина

  3. конденсатор

  4. насос

  5. котел



На рис.1 представлена схема устройства ТЭС.

Органическое топливо подается в топу котла (5 на схеме), там оно сжигается. За счет выделяемого тепла и воды, подаваемой в котел через насос 4, образуется насыщенный пар.

В паронагревателе 1 температура пара повышается до требуемой величины. Далее, пар поступает в паровую турбину 2, где его тепловая энергия превращается в механическую: пар раскручивает турбину, которая соединена с валом электрогенератора(на схеме изображен справа от паровой турбины 2), преобразующего механическую энергию в электрическую. Выходящий из турбины пар поступает в конденсатор 3, по трубкам которого прокачивается охлаждающая вода, благодаря этому водяной пар переходит в жидкое состояние, то есть в воду. Вода из конденсатора подается в котел. Цикл замыкается.



Рис 1.

Схема устройства ТЭС


Теперь стоить рассмотреть причины, по которым ТЭС являют одной из самых распространенных разновидностей электростанций.

Во-первых, сроки возведения ТЭС достаточно коротки, по сравнению с другими типами электростанций.

Во-вторых, капиталовложения для возведения ТЭС существенно ниже, чем для АЭС и ГЭС.

В-третьих, ТЭС можно возводить в любом месте. Например, для постройки ГЭС необходимо строить на реке, а АЭС в целях безопасности строят далеко от населенных пунктов. ТЭС менее зависит от расположения, однако следует учесть, что для ТЭС нужно «топливо», то есть уголь, нефть и т.д, поэтому выгоднее строить ТЭС недалеко от места добычи этих ресурсов, в противном случае будут слишком большие затраты на перевозку топлива.

Таким образом, ТЭС на фоне других типов электростанций выглядит достаточно конкурентоспособными.

Однако стоить обратить внимание на некоторые недостатки ТЭС. Один из них является загрязнение окружающей среды.

Например, очень трудно бороться с оксидами азота, особенно серы. Однако есть варианты решения такого рода проблем, например, наиболее экологичным вариантом топлива для ТЭС является природный газ, однако он более дорогой, чем уголь.

Другой проблемой является тот факт, что наука и многочисленные опыты показывают, что нельзя всю имеющуюся тепловую энергию преобразовать в механическую, что сказывается на КПД ТЭС. «Это связано с тем, что тепловая энергия имеет существенное отличие от других видов энергии, обусловленное тем, что в основе ее лежит неупорядоченное движение мельчайших частиц вещества. Порядок просто превратить в хаос, упорядочить же хаос гораздо труднее».1

Теперь давайте рассмотри устройство гидроэлектростанций, то есть ГЭС. Другой вид электростанций, который уже нашел применение в современной энергетике.


    1. Гидроэлектростанции (ГЭС).

Экономические показатели ГЭС вполне подходящие: себестоимость электроэнергии, произведенной ГЭС, гораздо ниже, чем для ТЭС и АЭС, а капитальные вложения хотя и выше, чем для ТЭС, но ниже, чем для АЭС.

Давайте рассмотрим устройство ГЭС(рис.2). Электростанции такого рода состоят из: резервуаров, находящихся на разных уровнях и насоса-турбины, которая может работать, как насос для переливания воды из нижнего резервуара в верхний, и наоборот работать, как гидравлическая турбина, соединенная с электрическим генератором.

ГЭС забирает из электрической сети «избыток» энергии (в период снижения потребности в ней) и с ее помощью перекачать некоторое количество воды из нижнего резервуара в верхний, создав, таким образом, запас потенциальной энергии.

Наоборот, в часы повышенного спроса на электрическую энергию (в часы пик) запасенная в верхнем резервуаре вода перепускается через мотор-генератор, работающий в это время в режиме генератора и производящий электроэнергию, в нижний резервуар.




Рис. 2 Схема устройства ГСЭ

Несмотря на тот факт, что ГЭС сейчас составляет около 49%2 всей электроэнергетики, не стоит забывать о недостатках.

Во-первых, ГЭС имеет относительно низкий КПД, около 70%. Иначе говоря, ГЭС может отдать потребителю в час пик только 70% электроэнергии, которая была забрана ею в часы пониженного спроса.

Во-вторых, относительно высокая стоимость строительства.

Однако не стоит забывать о положительных сторонах такого типа электростанций.

Разобравшись с гидроэлектростанциями, рассмотрим другой вид электростанций, а именно атомная электростанция.

1.3 Атомная электростанция (АЭС)

Современная атомная энергетика основывается на экспериментально установленном факте деления тяжелых ядер элементов (урана, плутония, тория) в результате попадания в ядро нейтрона, развивается цепная реакция с выделением огромного количества энергии, то есть тепла.

Стоит отметить, что один из названных элементов - плутоний встречается на Земле в очень маленьких количествах в урановых рудах.

Это не помешало, добытому в ядерных реакторах плутонию, 239Рu, стать наряду с ураном важнейшим ядерным топливом.

Важно заметить, что масса тяжелого ядра (урана, плутония или тория) до ядерной реакции несколько больше суммы, масс, получаемых в результате реакции продуктов реакции. То есть мы имеем здесь дело с так называемым дефектом массы - явлением, связанным с огромным энерговыделением.

В атомной энергетике имеют дело с двумя типами нейтронов: так называемыми быстрыми, обладающими большей энергией, возникающими в результате ядерной реакции, например при делении ядра урана, и нейтронами, именуемыми замедленными. Однако их энергия приблизительно в 100 раз меньше энергии быстрых нейтронов. Тепловые (замедленные) нейтроны можно получить, используя замедлитель, которым может служить обычная или тяжелая (вода Тяжелая вода - изотопная разновидность воды, в молекулу которой входят тяжелые изотопы водорода, наиболее известна тяжелая вода D2O, где D - дейтерий, изотоп водорода.) и графит.

АЭС на тепловых нейтронах должен состоять из:

  1. замедлителя;

  2. теплоносителя;

  3. активной зоны реактора;

  4. биологической защиты.

В активной зоне находятся топливо и регулирующие стержни, задачи которых обеспечить управление цепной ядерной реакции. Их изготавливают из веществ, которые хорошо поглощают нейтроны, например, графит, но для реактора на быстрых нейтронах не существуют эффективных поглотителей, поэтому используют вещества-рассеиватели, например, никель. И в отличие от поглотителя, такой стержень в начале работы реактора находится за пределами активной зоны, а затем вводится в активную зону.

Топливо в активной зоне реактора помещают в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах), каждый из которых состоит из сердечника и оболочки. Сердечник представляет собой ядерное топливо.

Оболочка ТВЭЛа часто выполнена из сплавов алюминия и циркония или грфита высокой прочности, в зависимости от условий, в частности от температуры. Оболочка ТВЭЛа должна быть герметичной, высокопрочной, должна обладать высокой устойчивостью в интенсивном нейронном потоке. Именно эти материалы и удовлетворяют требованиям.

Биологическая защита – это своего рода защита, которая оберегает от излучения. Биологическая защита часто делается из бетона высокого качества и обычно содержит около 10% воды, являющейся, хорошим поглотителем нейтронов. В бетон часто добавляется карбид бора, также хорошо поглощающий нейтроны. Частицы, составляющие радиоактивное излучение, сначала замедляются в результате столкновений с ядрами атомов вещества, составляющего защиту, а затем поглощаются.



Рис.3 Схема устройства водо-водяного реактора


Теперь перейдем к обсуждению принципа работы АЭС.

Перед началом работы реактора стержни полностью вводят в его активную зону (для тепловых нейтронов). При этом поглощается большая часть нейтронов, следовательно реакция делений ядер не происходит, затем по мере выводя из активной зоны реактора, процесс ускоряется. Благодаря автоматике высота стержней регулируется таким образом, чтобы число нейтронов было постоянным, иначе произойдет взрыв (неуправляемая ядерная реакция). Теплоноситель (чаще всего вода), циркулирующий в активной зоне реактора, нагревает и превращает воду в пар. Пар вращает турбину, которая соединена с ротором генератора электрического тока. А отработанный пар попадаетв конденсатор. Цикл замыкается.(рис.4)

Таким образом, получается, что АЭС отличается от ТЭС в основном только реактором. И, в общем, их принцип работы очень похожи.



Рис.4 Схема устройства водо-водяного реактора и теплообменника - парогенератора


«При работе другого типа реактора, на быстрых нейтронах, его ещё называют реактор-множитель, получают не только электроэнергию, используя 239Ри и 233U как исходное ядерное топливо, но и новую порции 239Ри и 233U, как побочный продукт.

Еще одной отличительной чертой данного типа реактора является то, что в теплообменнике и парогенераторе используется жидкий металл, чаще всего натрий. Так как вода может поглощать нейтроны, что не является необходимым в данном типе АЭС.

Таким образом, получается, что АЭС имеют право быть одними из наиболее распространенных типов электростанций, но основным вопросом остается вопрос безопасности. Одним из предложенных вариантов является сооружение АЭС под землей.»3




Рис.6 Схема устройства водо-водяного реактора и теплообменника - парогенератора


В данной главе мы рассмотрели основные принципы устройства уже существующих электростанций. А теперь мы переходим непосредственно к альтернативным источникам энергии.


Глава 2.

Альтернативные источники энергии и перспективы их развития.

В данной главе мы рассмотрим способы добычи электроэнергии, которые еще не получили широкое распространение, но которые могут помочь улучшить нашу жизнь, так как было уже сказано энергетика играет важную роль в жизни современного человека.

И начнем с способа, связанного с использования энергии ветра.

2.1 Использование энергии ветра.

Прежде всего нужно понять, что такое ветер. Ветер- это движение воздушных масс относительно поверхности земли за счет разности давления, которое возникает из-за неравномерного прогревания поверхности Земли.

Данный тип энергии уже используется очень давно, примером может служить ветреная мельница. Энергия ветра относится к число восполняемых источников, но стоит отметить, что большой трудностью является непостоянство скорости ветра и его направления, таким образом, энергию этого типа можно использовать для механизмов, не требующих постоянной энергии, или для передачи электроэнергии в достаточно мощную систему, для которой небольшие изменения количества поступающей энергии несущественны. Также можно заряжать аккумуляторы с помощью данной энергии, или преобразовывать в механическую и использовать в качестве насоса, при чем без дополнительного сосуда. В настоящий момент существуют ветровые установки мощностью от 10 до 100 Квт.



Рис.7 Ветровая установка


Теперь давайте рассмотрим способ, связанный с энергией, которая «лежит у нас под ногами», а именно геотермальная энергия.


2.2 Использование геотермальной энергии.

Геотермальная энергия –это тепло, выделяющееся за счет распада радиоактивных элементов в глубинных слоях Земли и движения тектонических плит.

Прежде всего выделяют три слоя Земли:

  1. Земная поверхность, то есть «твердая земля», толщина которой под гидросферой(водной оболочкой Земли) всего7 километров, а под атмосферой(воздушной оболочкой Земли) 130 километров.

  2. Мантия. Мантия занимает около 85% объема от всей планеты и около 2/3 от ее массы.

  3. Ядро. Его можно разделить на внешний слой и субъядро. Внешний слой представляет собой разогретые полужидкие пароды.



Рис.8 Строение Земли

«С увеличением глубины земных слоев температура повышается. На глубине 50 км она составляет около 700 - 800° С, на глубине 500 км - около 1500 - 2000° С, на глубине 1000 км -примерно 1700 - 2500° С, на глубине 2900 км (граница между мантией и ядром) - порядка 2000 - 4700°С, в центре Земли, т. е. на глубине 6371 км, - 2200 - 2500° С.»4 Это, как уже сказано объясняется тем, что продолжается распад радиоактивных элементов в глубинных слоях. Поэтому существует «поток тепла» к земной коре, тепло, накопленной в ядре огромно, поэтому геотермальную энергию относят к восполняемым источникам энергии.

Мощность геотермальной энергии в 4000 раз меньше энергии солнечной радиации, но в 30 раз больше мощности всех электростанций мира.

Существуют два источника геотермальной энергии: гидротермальные, то есть разогретые пар и вода, температура которых около100° С, и петротермальные, то есть нагретые твердые породы.

Гидротермальная энергия уже нашла применение в современном мире, в геохимических районах используется в отопительной системе и системе водоснабжения, но воду из гейзеров подавать в систему водоснабжения нельзя из-за высокой степени содержания минеральных веществ, поэтому ее только используют для нагревания.

Что касается получения электрической энергии на основе гидротермальной, то принято считать, что пределом, ниже которого геотермальную электростанцию создавать нерентабельно, является температура пара или воды, близкая к 130° С. Возможно в будущем благодаря развитию технологий этот предел может быть снижен. Однако стоит отметить, что в 1967 г. на Камчатке была создана Паужетская геотермальная электростанция мощностью 2,5 МВт.

В настоящее время вообще не используется второй тип геотермальной энергии-петротермальная, так как с ним связано много сложностей. Одна из них плохая способность сохранять тело подземных пород, и поэтому считаются невыгодными проектами.

Сейчас я думаю, мы можем поставить точку в обсуждении геотеральной энергии и перейти к использованием морских волн.


2.3 Энергия морских волн.

Сейчас многие ученые считают, что подобные установки можно использовать в открытом море как можно дальше от мест прибоя, но мощность таких установок достаточно низкая.

Теперь давайте рассмотрим устройство таких станций.



Рис.9 Схема установки для преобразования энергии морских волн

Платформа разделена на открытые снизу секции, заполненные воздухом, играющие роль цилиндров поршневой воздушной машины. Волны, проходя под платформой, сжимают поочередно находящийся в секциях воздух. Таким образом, вода играет роль поршня. Следовательно, в секциях поочередно по мере прохождения под ними волн давление будет то больше, то меньше. Когда данная секция находится над гребнем волны, объем находящегося в ней воздуха уменьшается, воздух сжимается, давление его растет. Когда же секция находится между двумя гребнями волны, давление воздуха снижается. Сверху платформы установлены турбины, благодаря которым энергия волн преобразуется в электрическую энергию.

Наиболее важной проблемой становится влага. Таким образом, должно использоваться влагоустойчивое оборудование. Другая проблема связана с низкой мощностью данного механизма, однако они нашли применение. Например, в Японии используются данные установки питания электроэнергией плавающих буев.

Другой способ получения энергии, также связан с водой.

2.4 Приливные электростанции.

Причиной морских приливов отливов - воздействие на водную оболочку Земли Луны и Солнца, а также центробежных сил. Максимальное поднятие воды, именуемое полной водой, над минимальным опусканием уровня воды - малая вода, составляет в открытом океане около 1 м. Но в зависимости от очертания береговой линии, а также географической широты, глубины моря вблизи суши и некоторых других факторов величина прилива может быть гораздо больше.

«Сейчас считается, что для создания приливной электростанции разность уровней во время прилива и отлива должна быть не менее 10 м. Но таких мест не более 30 во всем мире».5Максимальная величина разности уровней моря во время прилива и отлива обнаружена в некоторых местах

«Атлантического побережья Канады, где она достигает 18 м.

отмечены высокие уровни прилива в некоторых места Ла-Манша (до 15 м),

Охотского моря (до 13 м), Белого моря (до 10 м), Баренцева моря (до 10 м).

Действие данной электростанции основано на свой свойствах сообщающихся сосудов, а именно под действием давления уровни жидкостей равны.

Сооружается плотина, образующая необходимый бассейн. В теле плотины устанавливается гидротурбогенератор, который (в целях большей эффективности работы электростанции) должен быть «обратимым», т. е. действовать по своему прямому назначению при протекании через него воды в обе стороны: как справа налево, так и слева направо.




Рис.10 Схема приливной электростанции

Однако показатели приливной электростанции невысоки. Однако технико-экономические показатели приливной электростанции невысокие. В этом можно убедиться, ознакомившись с работой приливной электростанции, построенной в 1966 г. во Франции на реке Роне, на берегу Ла-Манша, мощностью 240 тыс. кВт (В 1968 г. в Советском Союзе на побережье Баренцева моря близ г. Мурманска была построена Кислогубская приливная электростанция мощностью 800 кВт.). Стоимость ее строительства значительно выше, чем обычной гидроэлектростанции такой же мощности, а число часов работы в год на номинальной мощности по понятным причинам гораздо ниже.

И в завершение главы хочется рассказать о наиболее перспективном проекте, а именно использование солнечной энергии.


2.5 Солнечная энергия в энергетике.

Солнце - самый мощный источник энергии , из доступных на сегодняшний день. Полная мощность выражается 4x1014 кВт. Но к сожалению большая часть энергии отражается атмосферой земли, и тогда на каждый квадратный метр суши в среднем приходится 0,35 кВт, то на всю поверхность Земли приходится 105 млрд кВт.

Энергию солнца можно использовать для нагрева рабочего тела, например, воды в системе водоснабжения или для преобразования в электрическую энергию. Остановимся подробнее на втором.

В настоящее время применяют для этого два способа:

  1. с использованием полупроводниковых фотоэлектропреобразователей (ФЭП)

  2. создание паросиловых установок

Но стоит отметить, что первый способ более перспективен. Поэтому мы начнем с него.

ФЕП представляет собой устройство, действие которого основано на явлении фотоэффекта. «Явление вырывания электронов из вещества под действием света называют фотоэффектом.»6 Сначала использовали тот, факт, что электроны катода выходят в ФЭП вакуум, но КПД этого процесса было мало.

Затем стали использовать ФЭП с запирающим слоем. Принцип его работы заключается в том, что есть два полупроводника, один из них с избытком электронов, а другой с «дыркой», то есть электрон вышел, а его место стало пустым.(рис. То в случае контакта между двумя пластинами, то свободные электроны начнут двигаться к проводнику с «дыркой», а «дырки» им навстречу. Но исходя из этого процесса нельзя получить электрический ток, так как при замыкании цепи они уравновесят друг друга, другое дело если на границу попадает свет, то образуется пары «элетрон-дырка», так образуется дополнительная разность потенциалов, следовательно, и электрический ток.



Рис.11 схема принципа работы солнечной батареи

В качестве полупроводника используют кремний и германий с примесями, так как эти вещества в чистом виде-диэлектрики. Но стоит отметить, что КПД ФЭП только около 25%, а стоимость таких установок пока еще высока, но ФЭП нашли применение – космические аппараты.

Остановимся теперь на втором способе преобразования солнечной энергии-на создании паросиловых установок, в которых обычный паровой котел, работающий, например, на угле, заменяется солнечным паровым котлом. На рис.12 представлена схема устройства такого вида электростанций.

Схема солнечной паровой установки настолько ясна, что не требует дополнительных пояснений.





Рис.12 схема паросиловой электростанции.

Ознакомившись с альтернативными источниками энергии, мы понимаем, что использование этих источников требует определенных знаний и технологий, чтобы они действительно могли приносить пользу, поэтому все зависит от нас


  1   2

Похожие:

Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconРеферат, его характеристика, примерная тематика
Российской академии наук. Во-вторых, реферат может представлять собой краткое раскрытие определенной темы. Студент показывает степень...
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconИздания, поступившие в фонд библиотеки в марте 2007 года
Инженерное дело. Техника в целом 32 Испытания материалов. Товароведение. Силовые станции. Общая энергетика 32
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconРеферат: С. А. Остроумов
Остроумов С. А. Биоконтроль загрязнения водной среды: проблемы реабилитации и ремедиации, включая фиторемедиацию и зооремедиацию...
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconАнатолий Хлопецкий «и вечный бой…»
Рождества Христова. Что ожидает нас в будущем, что ожидает человечество? Не следует верить ни мрачным прогнозам близкого конца света,...
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconРеферат по истории по теме: “Аграрный вопрос в программах политических партий в начале 20 века”
Целью этой работы является определить, какой из путей был бы наиболее приемлемым в решении данной проблемы
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconРеферат по литературе роль сновидения в произведениях Ф. М. Достоевского
Изучение богатейшего материала литературных снов с точки зрения философии, эстетики, культурологи, психоанализа – это проблемы до...
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconАвторское выполнение научных работ любой сложности грамотно и в срок
Кровососущие членистоногие как возможные хозяева патогенных и непатогенных микроорганизмов
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconРеферат "Термоядерного синтез для производства электроэнергии в России и проблемы этого проекта для общества."
В россии много средств тратилось, тратится и будет тратиться на развитие системы производства электроэнергии с помощью управляемой...
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconКриминологическое планирование в сфере противодействия незаконному обороту наркотических средств и психотропных веществ
...
Реферат Энергетика будущего. Возможные проблемы iconРеферат по курсу “охрана окружающей среды” Тема: “проблемы охраны животного мира”
Поэтому необдуманное поведение человеческого общества в природных экосистемах напоминает поведение слона в посудной лавке лишь с...
Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©docs.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
ЖивоДокументы
Главная страница