Альтернативные источники энергии 6

Лицей № 1533 (информационных технологий)

Департамента образования г. Москвы

Альтернативные источники энергии

Реферат

Выполнил лицеист гр. 10.1

Иванов И. И.

Проверил

Широков Д. В.

Москва 2008

План

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

1. Атомная энергетика ................................................................................. 5

2. Термоядерная энергетика........................................................................ 6

3. Биоэнергетика........................................................................................... 7

4. Солнечная энергетика ............................................................................. 8

Заключение .................................................................................................... 10

Список использованной литературы........................................................... 11

Введение

Запасы нефти в недрах Земли ограничены, затраты на ее добычу и транспортировку постоянно возрастают и при сохранении современных темпов роста добычи и потребления разведанных запасов нефти по ряду прогнозов хватит на 40—50 лет, причем в некоторых странах истощение нефтяных запасов прогнозируется и в более короткие сроки [1] . Прогноз истощения запасов нефти и газа по данным ОПЕК, представляется весьма пессимистичным. Географическая неравномерность истощения ресурсов нефти и газа заставляет задуматься о необходимости их замены в топливно-энергетическом комплексе на альтернативные источники сырья во многих странах.

В 2004 году в мире было потреблено 30 миллиардов баррелей нефти, за то же самое время было открыто всего 8 миллиардов баррелей новых запасов [2]. Огромные, легко разрабатываемые месторождения, всего вероятнее, уходят в прошлое. В августе 2005 г. Международное Агентство Энергетики (МЭА) сообщило о глобальном потреблении 84,9 миллионов баррелей в день, или более 31 миллиарда баррелей в год. Это означает, что превышение добычи над потреблением сейчас составляет 2 миллиона баррелей в день. На рис. 1 приведены данные по доказанным запасам нефти в мире, опубликованные в ежегодном отчете компании BP [3].

Таким образом, в среднесрочной перспективе можно ожидать повышения цен на нефть, которое объективно необходимо для решения целого ряда задач, таких как снижение потребления невозобновляемых видов энергии, которое ко всему прочему приводит к выбросу парниковых газов, грозящих климатическими изменениями; стимулирование развития энергосберегающих технологий во всех сферах потребительского сектора; повышение экономической эффективности неконцентрированных и нестабильных возобновляемых энергоресурсов (солнечная и ветровая энергия, биомасса и пр.); обеспечение общедоступности и конкурентоспособности ядерной энергии [3].

Рис. 1. Доказанные запасы нефти по состоянию на конец 2006 года (млрд. баррелей)

Интерес к таким ресурсам возник еще 30 лет назад в связи с введением странами ОПЕК эмбарго на поставки нефти в 1970-х гг [4]. Однако кризис миновал, и финансирование разработок прекратилось. Теперь пришло время обратиться к ним вновь. Альтернативной энергетики требует не только состояние окружающей среды, но и зависимость экономики многих стран от нефти и цен на нее. Однако для развития новых технологий и их массового внедрения нужны долгосрочные программы, разработанные с участием ученых, инженеров, экономистов и политиков всех стран.

1. Атомная энергетика

«Мы подходим к великому повороту в жизни человечества, с которым не могут сравняться все им раньше пережитые. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который дает ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Это может случиться в ближайшие годы, может случиться через столетие. Но ясно, что это должно быть», — писал академик Вернадский в первой половине XX века.

Полувековое развитие атомной энергетики не привело пока к появлению ядерной технологии, способной в масштабах мировой энергетики конкурировать с традиционной энерготехнологией [5]. Но, исходя из большого практического опыта ее первого этапа, эту задачу можно решить. Атомная энергетика обладает важными, принци­пиальными особенностями по сравнению с другими энерготехнологиями:

— ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы в случае применения реакторов на быстрых нейтронах;

— отходы атомной энергетики имеют относительно малые объемы и могут быть надежно локализованы, а наиболее опасные из них можно перерабатывать в ядерных реакторах.

Таким образом, атомная энергетика потенциально обладает всеми необходимыми качествами для по­степенного замещения значительной части энергети­ки на ископаемом органическом топливе. Однако, как и любая технология, она требует совер­шенствования. Более того, имеются и особые основа­ния для обостренного внимания к ней:

— потенциальная опасность аварий с большим эко­логическим и экономическим ущербом (реальность этой опасности подтверждена рядом аварий);

— накопление высокоактивных и долгоживущих отходов;

— связь атомной энергетики с опасностью распро­странения ядерного оружия и ряд других.

Современные ядерные реакторы при существую­щем масштабе атомной энергетики являются доста­точно безопасными установками. Несмотря на случав­шиеся и случающиеся время от времени аварии и ин­циденты, нельзя забывать о том, что атомная энергети­ка наработала уже около 8000 реакторо-лет, из них 5000 без крупных аварий после апреля 1986 г.

2. Термоядерная энергетика

Развитие термоядерной энергетики, старт которому был дан более полувека назад, испытывало и взлеты, и падения [6]. Не раз оптимизм сменялся пессимизмом, на смену которому приходили новые надежды. В отличие от реакторов современных АЭС, использующих энергию ядерного распада, термоядерный реактор основан на принципе термоядерного синтеза. Фактически ученые ставят перед собой задачу повторения в лабораторных, а затем и в промышленных условиях процессов, происходящих на Солнце: слияние ядер изотопов водорода — дейтерия и трития — приводит к образованию химически инертного гелия и сопровождается выделением большого количества энергии. Энергия при использовании одного грамма дейтерий-тритиевого топлива теоретически эквивалентна получаемой при сжигании восьми тонн нефти. При этом считается, что термоядерная энергетика не представляет никакой опасности ни для окружающей среды, ни для человечества.

28 июня 2007 года на встрече в Москве министров шести стран —участников международного проекта Интернационального Термоядерного Экспериментального Реактора — ИТЭР (Европа, Китай, Россия, США, Южная Корея, Япония) — подписано соглашение о совместном строительстве этого реактора в ближайшее десятилетие во Франции [7].

Можно ли ожидать выхода управляемого синтеза в большую энергетику? ИТЭР, к сожалению, еще не прототип энергетического реактора. Это реактор экспериментальный, создаваемый на базе сегодняшних (точнее, вчерашних) апробированных технологий. Его цель — продемонстрировать практическую возможность термоядерного зажигания и стационарного горения, а не горения с производством электроэнергии. Это — цель следующего уже демонстрационного реактора — ДЕМО. Его контуры пока еще плохо различимы, они будут определены ИТЭРом. Однако предполагаемые ключевые технологии ДЕМО обсуждаются, разрабатываются, а некоторые даже испытываются уже сегодня.

3. Биоэнергетика

Биоэнергетика — отрасль энергетики, основанная на применении биотоплива — топлива из биологического сырья, получаемого, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои [8]. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но их рентабельность значительно ниже.

Особый интерес представляет биоэтанол — этанол получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол может использоваться как экологически чистое топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограничено в силу своей гигроскопичности используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и высокооктановой присадки — этилтретбутилового эфира (ЭТБЭ). Кроме того, этанол служит сырьем для получения целой гаммы важных химических продуктов.

4. Солнечная энергетика

Из возможных «преемников», которые могут подхватить эстафету у традиционной энергетики, наиболее привлекательно среди альтернативных источников выглядит энергия Солнца, экологически чистая уже потому, что миллиарды лет поступает на Землю [9]. Поток солнечной энергии люди просто обязаны взять под свой контроль и максимально использовать, сохраняя тем самым неизмененным уникальный земной климат.

Рис. 2. Солнечные батареи на крышах домов [4]

Будущее солнечной энергетики — за прямым преобразованием солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов — солнечных батарей (рис. 2). Еще в 30-х годах прошлого века, когда КПД первых фотоэлементов едва доходил до 1 %, об этом говорил основатель Физико-технического института (ФТИ) академик А. Ф. Иоффе. Предвидение ученого воплотилось в жизнь в конце 1950-х годов с запуском искусственных спутников Земли, главным энергетическим источником которых стали панели солнечных батарей. За последние 15—20 лет за рубежом большую популярность приобрели «солнечные» дома — дома, оснащенные солнечными батареями. К сожалению, Россия в вопросе развития «солнечного» домостроения продолжает отставать от индустриального мира, хотя ее климатические условия позволяют строить «солнечные» здания во многих регионах.

Солнечная энергетика еще в самом начале пути. Ее вклад в общее мировое энергопотребление не превышает 0,1 %, а среди возобновляемых источников ей принадлежит около 1 %. Но технический прогресс, достигнутый в этой области за последнее десятилетие, так велик, что специалисты дают весьма оптимистические прогнозы: уже к середине XXI века солнечная энергетика наряду с другими возобновляемыми источниками (геотермальные и приливные станции, ветровые турбины и др.) может занять ведущее положение в мире.

Заключение

Несмотря на огромные усилия и большой прогресс в области альтернативных источников энергии, их вклад в мировую энерге­тику пока составляет около 1 % и по всем серьезным прогнозам даже к концу сто­летия не превысит нескольких процентов [10].

Термоядерная энер­гетика, с которой связывали большие надежды, все еще находит­ся на стадии экспериментальных установок и выйдет на про­мышленный уровень в лучшем случае к концу века. Атомная энер­гетика имеет свои хорошо известные проблемы и не дает прием­лемых решений для замены углеводородного сырья и вторичных энергоносителей. Реально энергетика, транспорт и нефтехими­ческая промышленность XXI века могут рассчитывать только на имеющиеся ресурсы газа и угля, которые в настоящее время яв­ляются наиболее быстро прогрессирующими первичными источ­никами энергии. Их доля в мировой энергетике в 2002 г. была почти одинакова и составляла примерно по 24%.

Список использованной литературы

1. Русакова В. В., Лапидус А. Л., Крылов И. Ф., Емельянов В. Е. Углеводородные и альтернативные топлива на основе природных газов. — М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2006. — 184 с.

2. Пик нефти // Википедия — свободная энциклопедия
http://ru.wikipedia.org/wiki/Пик_нефти

3. BP Statistical Review of World Energy June 2007
http://www.bp.com/productlanding.do?categoryId=6848&contentId=7033471

4. Д. Камен. Чистая энергетика // В мире науки — № 1, 2007.
http://www.sciam.ru/2007/1/istok.shtml

5. Экология энергетики / Под общей редакцией В. Я. Путилова. —
М.: Изд-во МЭИ, 2003. — 716 с.

6. Термоядерная энергетика обретает реальные очертания // «ФК-Новости», 23.08.2007
http://www.fcinfo.ru/themes/basic/materials-document.asp?folder=3117&matID=149802

7. Велихов Е. П., Мирнов С. В. Управляемый термоядерный синтез выходит на финишную прямую // Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований. Российский научный центр «Курчатовский институт»
http://phns.mpei.ac.ru/articles/iter.pdf

8. Биоэтанол // Википедия — свободная энциклопедия
http://ru.wikipedia.org/wiki/Биоэтанол

9. Лучков Б. Солнечный дом — солнечный город // «Наука и жизнь» — № 2, 2002.
http://www.nkj.ru/archive/articles/5090/

10. Арутюнов В. С., Лапидус А. Л. Критическая роль газохимии для российского ТЭКа // Актуальные проблемы газохимии: Тр. Моск. семинара по газохимии 2002—2003 гг., под ред. А. И. Владимирова и А. Л. Лапидуса. — М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2004. С. 7—19.