Солнце как альтернативный источник энергии

Главная » Рефераты на русском » Солнце как альтернативный источник энергии

В результате работы тепловых электростанций (ТЭС) в связи с недостаточной очисткой топочных газов и сжиганием низкосортного топлива, в атмосферу поступают различные газообразные загрязнители. Основные из них: угарный газ (СО), углекислый газ (СО2), оксиды азота (NO, NO2), углеводороды (Cm Hn). а также высокотоксичное вещество бензапирен. ТЭС, работающие на угле, являются также источником выбросов диоксида серы (SO2). При сжигании угля образуются также зола и шлаки, для складирования которых требуются огромные территории земель. Зола и шлак в некоторых случаях содержат в своем составе, кроме нетоксичных составляющих, тяжелые металлы, радиоактивные элементы, которые разносятся ветром и накапливаются на прилегающей территории. Поступление загрязнителей в атмосферу вызывает массу экологических проблем (парниковый эффект, смоги, кислотные дожди, нарушение озонового слоя и др.). При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. На этом фоне современная нетрадиционная энергетика — это тот резерв, который дает основания надеяться, что приведенные выше проблемы традиционной энергетики могут быть решены в обозримом будущем и развитие энергетики будет продолжено с максимальной пользой для человечества. Основным видом «бесплатной» неиссякаемой энергии считается Солнце. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество. Солнце ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг урана (U235). Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт•ч ежегодно. Однако из-за отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт•ч, достигает поверхности Земли. Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 1013) кВт•ч энергии в год. Поскольку невозможно проследить за всем процессом в целом, нельзя с уверенностью сказать, сколько некоммерческой энергии потребляют люди. Некоторые эксперты считают, что такая некоммерческая энергия составляет одну пятую часть всей используемой энергии. Но даже если это так, то общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот же период. В большинстве стран мира количество солнечной энергии, попадающей на крыши и стены зданий, намного превышает годовое потребление энергии жителями этих домов. Использование солнечного света и тепла — чистый, простой, и естественный способ получения всех форм необходимой энергии. Электроэнергия от светового потока может производиться двумя путями: путем прямого преобразования в фотоэлектрических установках, либо за счет нагрева теплоносителя, который производит работу в том или ином термодинамическом цикле. Прямое фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию используется на фотоэлектрических или солнечных станциях, работающих параллельно с сетью, а также в составе гибридных установок для автономных систем («экодомов» и пр.). Возможно также комбинированное производство электрической и тепловой энергии. В перспективе предполагается, что солнечной энергии будет придаваться большое значение вследствие ее щадящего воздействия на окружающую среду по сравнению с большинством других источников энергии. Это со временем приведет к относительной экономичности, однако пока удельные капитальные вложения в фотоэлектрические установки превышают традиционные в пять и более раз. Ниже рассмотрены несколько способов преобразования энергии солнца Самый простой способ использования энергии Солнца — солнечные коллекторы, в состав которых входит поглотитель (зачерненный металлический, чаще всего алюминиевый лист с трубками, по которым протекает теплоноситель). В зависимости от условий инсоляции в коллекторах теплоноситель нагревается на 40-50° больше, чем температура окружающей среды. Такие системы применяются в индивидуальном жилье, практически полностью покрывая потребность населения в горячей воде; в районных отопительных установках, а также для получения технологической тепловой энергии в промышленности. В наши дни солнечные водонагревательные системы используются в частных домах, многоквартирных зданиях, школах, автомойках, больницах, ресторанах, в сельском хозяйстве и промышленности. У всех перечисленных заведений есть нечто общее: в них используется горячая вода. Солнечный коллектор позволяет своему владельцу сэкономить деньги, не оказывая при этом вредного влияния на окружающую среду. Использование одного солнечного коллектора позволяет сократить выбросы в атмосферу углекислого газа на одну-две тонны в год. Переход на солнечную энергию предотвращает выбросы и других загрязнителей, таких как двуокись серы, угарный газ и закись азота. Общий пригодный для немедленной эксплуатации потенциал использования солнечных коллекторов составляет, согласно некоторым подсчетам, 360 млн м2 , что в денежном выражении соответствует 50 млрд долларов США при ежегодном темпе роста 23%. Фотоэлектрические элементы представляют собой устройства для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию. Фотоэлементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток. Соединяя фотоэлементы в модули, а те, в свою очередь, друг с другом, можно строить крупные фотоэлектрические станции. КПД фотоэлектрических установок в настоящее время составляет около 10%, однако отдельные фотоэлементы могут достигать эффективности 20% и более. Солнечные фотоэлементы являются вполне реальной технически и экономически выгодной альтернативой ископаемому топливу в ряде применений. Солнечный элемент может напрямую превращать солнечное излучение в электричество без применения каких-либо движущихся механизмов. Благодаря этому, срок службы солнечных генераторов довольно продолжителен. Фотоэлектрические установки качают воду, обеспечивают ночное освещение, заряжают аккумуляторы, подают электричество в общую энергосистему и т.д. Они работают в любую погоду. При переменной облачности достигают 80% своей потенциальной производительности; в туманную погоду — около 50%, и даже при сплошной облачности вырабатывают до 30% энергии. В ближайшие десятилетия, благодаря фотоэлектрическим системам, исчезнет традиционная необходимость сооружения крупных дорогостоящих электростанций и распределительных систем. По мере того, как стоимость фотоэлементов будет снижаться, а технология — совершенствоваться, откроется несколько потенциально огромных рынков фотоэлементов. К примеру, фотоэлементы, встроенные в стройматериалы, будут осуществлять вентиляцию и освещение домов. Потребительские товары — от ручного инструмента до автомобилей — выиграют в качестве от использования компонентов, содержащих фотоэлектрические компоненты. Коммунальные предприятия также смогут находить все новые способы применения фотоэлементов для удовлетворения потребностей населения. В дополнение к прямому использованию солнечного тепла, в регионах с высоким уровнем солнечной радиации ее можно использовать для получения пара, который вращает турбину и вырабатывает электроэнергию на солнечных тепловых электростанциях (рисунок 1). Производство солнечной тепловой электроэнергии в крупных масштабах достаточно конкурентоспособно. Промышленное применение этой технологии берет свое начало в 1980-х; с тех пор эта отрасль быстро развивалась. В настоящее время энергокомпаниями США уже установлено более 400 мегаватт солнечных тепловых электростанций, которые обеспечивают электричеством 350 000 человек и замещают эквивалент 2,3 млн баррелей нефти в год. Девять электростанций, расположенных в пустыне Мохаве (в американском штате Калифорния) имеют 354 МВт установленной мощности и накопили 100 лет опыта промышленной эксплуатации.

.

Такие электростанции концентрируют солнечную энергию при помощи линз и рефлекторов. Так как это тепло можно хранить, такие станции могут вырабатывать электричество по мере надобности, днем и ночью, в любую погоду. Обычно такая система состоит из концентратора, приемника, теплоносителя, аккумулирующей системы и системы передачи энергии.

Благодаря аккумулированию тепла и гибридизации, тепловые солнечные электростанции могут стать устойчивым и гибким источником электроэнергии. Он надежен и способен производить электроэнергию тогда, когда она нужна. В результате, управляемая электроэнергия имеет для коммунального предприятия высокую ценность, так как она компенсирует необходимость строить и эксплуатировать новые электростанции. Это означает, что, хотя солнечная тепловая электростанция может стоить дороже традиционной, ценность ее может быть выше. Если бы всего лишь 1% земных пустынь использовался под производство экологически чистой солнечной тепловой электроэнергии, ее было бы получено больше, чем вырабатывается сегодня за счет сжигания ископаемого топлива во всем мире. Плюс ко всему, тепловые солнечные электростанции создают в два с половиной раза больше квалифицированных, высокооплачиваемых рабочих мест, чем традиционные электростанции, на которых сжигается органическое топливо. Подводя итог, можно сделать вывод, что через 15 — 25 лет нефть и газ уже не будут массово использовать как топливо, и мир вынужден будет переходить полностью на альтернативные источники энергии, одним из которых и является солнце. Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20 — 25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт- часов — или 20 — 25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно.

.

ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.