Альтернативные источники энергии
Министерство образования, и
молодёжной политики
Кыргызской республики
Кыргызский государственный
технический
университет им. И.Раззакова
Факультет транспорта и машиностроение:
Кафедра общая физика:
Доклад
По дисциплине: Физика
На тему: Альтернативные
источники энергии.
Выполнили: Долгоульский А.
Сайдаматов Э.
Проверила: Аманбаева Г.М.
Бишкек 2007-04-25
ВВЕДЕНИЕ.
На пороге XXI века человек все чаще стал задумываться о том, что
станет основой его существования в новой эре. Энергия была и остается главной
составляющей жизни человека. Люди прошли путь от первого костра до атомных
электростанций.
Существуют
«традиционные» виды альтернативной энергии: энергия Солнца и ветра, морских
волн и горячих источников, приливов и отливов. На основе этих природных
ресурсов были созданы электростанции: ветряные, приливные, геотермальные,
солнечные.
Ветряные электростанции.
Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит
лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в
свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что
ветроэлектростанции работают, как игрушечные машины на батарейках, только
принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии
в механическую, энергия ветра превращается в электрический ток.
Приливные электростанции.
Для выработки электроэнергии электростанции такого типа используют
энергию прилива. Первая такая электростанция (Паужетская)
мощностью 5 МВт была построена на Камчатке. Для устройства простейшей приливной
электростанции (ПЭС) нужен бассейн — перекрытый плотиной залив или устье реки.
В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины, которые
вращают генератор. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды
в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С
наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится
достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а
вода из бассейна постепенно уходит.
Геотермальные электростанции.
Электростанции такого типа преобразуют внутреннее тепло Земли
(энергию горячих пароводяных источников) в электричество. Первая геотермальная
электростанция была построена на Камчатке. Существует несколько схем получения
электроэнергии на геотермальной электростанции. Прямая схема: природный пар
направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами. Непрямая
схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов,
вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в
турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не
растворившиеся в ней газы.
Солнечные электростанции.
В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном
двух типов: солнечные электростанции башенного типа и солнечные
электростанции распределенного (модульного) типа.
В башенных солнечных электростанциях используется
центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в
несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как
требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с
помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется
водяной пар с температурой до 550ºС, воздух и другие газы — до 1000ºС,
низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) — до 100ºС,
жидкометаллические теплоносители — до 800ºС.
Тепловые электростанции.
Тепловые электростанции работают по такому принципу: топливо
сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду,
циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийся
пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, — вал
электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется; вода из
конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел.
Гидроэлектростанции.
Гидрозлектростанции преобразуют энергию потока воды в
электроэнергию посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение
электрические генераторы. Наибольший КПД гидроэлектростанция имеет тогда, когда
поток воды падает на турбину сверху. Для этих целей строится плотина,
поднимающая уровень воды в реке и сосредотачивающая напор воды в месте расположения
турбин.
Атомные электростанции.
Такие электростанции действуют по такому же принципу, что и «ТЭС,
но используют для парообразования энергию, получающуюся при радиоактивной
распаде. В качестве топлива используется обогащенная руда урана. Ядерный
реактор работает на основе цепной ядерной реакции, когда деление одного ядра
вызывает деление других ядер; таким образом, реакция сама себя поддерживает.
Термоядерные электростанции.
В настоящее время ученые работают над созданием Термоядерных
электростанций, преимуществом которых является обеспечение человечества
электроэнергией на неограниченное время. Термоядерная электростанция работает
на основе термоядерного синтеза — реакции синтеза тяжелых изотопов водорода с
образованием гелия и выделением энергии. Реакция термоядерного синтеза не дает
газообразных и жидких радиоактивных отходов, не нарабатывает плутоний, который
используется для производства ядерного оружия. Если еще учесть, что горючим для
термоядерных станций будет тяжелый изотоп водорода дейтерий, который получают
из простой воды — в полулитре воды заключена энергия синтеза, эквивалентная
той, что получится при сжигании бочки бензина, — то преимущества
электростанций, основанных на термоядерной реакции, становятся очевидными.
ГЛАВА 1 Ветроэнергетика
§1.1.История
развития
Развитие любой
страны в значительной мере связано с обеспеченностью ресурсами, в том числе
энергетическими. Установлено, что темпы прироста национального дохода примерно
соотвецтвуют темпам роста потребление энергии.
Человек всегда
стремился использовать силы природы, развитие производственных процессов
потребовало перехода от применения мускульной силы к использованию новых
источников энергии. Прежде всего человек обратился к силе воды и ветра, которые
использовались в промышленном производстве, но главным образом в сельском
хозяйстве.
Впервые энергия
ветра была использована, по- видимому, для передвижения парусных судов, а
позднее-также для подъема воды и размола зерна. Первые ветряные двигатели, по
предположению – с вертикальной осью вращения, были построены более 2 тыс. лет
назад. Вавилоняне еще до нашей эры использовали их для осушения болот, в
Египте, на Ближнем Востоке, в Персии строили ветряные водоподъемники и
мельницы. До настоящего времени в некоторых странах бассейна Средиземного моря
можно встретить ветряные мельницы с крыльями, имеющими поперечные паруса.
В Европе, вначале
во Франции, ветряные мельницы появились в ХХII в. Ф.Энгельс писал, что « ветряная мельница была изобретена около 1000
г.». В Англии работали мельницы, однотипные по принципу действия с
французскими. В Германии первая мельница была построена в 1393 г. Из Германии
они распространились в другие страны. В ХIV столетии голландцы широко использовали ветряные мельницы для осушения
болот и озер. В начале ХVII в. большая часть территории
осушалась с помощью ветроустановок мощностью до 30 – 35 кВт. В этот же период
появились усовершенствованные конструкции мельниц и новые ветряные двигатели,
которые использовали для привода машин бумагоделательных фабрик, лесопилок и
других устройств. В 30-х годах ХVIII в. в Голландии работали 1200 ветроустановок, которые предохраняли 2/3
страны от обратного превращения в болота. Первое изложение теории
ветродвигателя относят к началу ХVIII в. В более систематизированном виде она появилась в конце ХIХ в. в Америке и Европе.
Конструкции первых ветряных мельниц в
России были, по-видимому, заимствованы в Германии, и их называли немецкими. К
началу ХVIII в. число мельниц стало
значительным, и их применение приобрело государственное значение. Многое для их
распространения в России сделал Петр 1. В ХVIII – ХIХ вв. мельницы сооружались практически повсеместно, и к
началу первой мировой войны в России эксплуатировалось более 200 тыс. мельниц,
которые ежегодно перемалывали 2/3 всего товарного зерна.
К середине
прошлого столетия в США эксплуатировалось почти 6 млн. маломощных
ветродвигателей для подъема воды, выработки электроэнергии и выполнения других
простых работ. Более 150 тыс. установок насчитывается в США и сегодня.
В России наряду с
кустарными мельницами в начале прошлого столетия началось изготовление в
заводских условиях ( в мастерских) тихоходных многолопастных
деревометаллических ветродвигателей системы инж. В.П. Давыдова, которые
применяли главным образом для механизации подъема воды. Некоторое число
ветродвигателей завезли из Германии, Франции и США, где их производство было
налажено несколько раньше. В основном выпускалось многолопастные двигатели, но
они уже были снабжены системами автоматического регулирования скорости вращения
и мощности, механизмами ориентации ветроколеса по направлению потока. Суммарный
годовой выпуск в основных промышленно развитых странах составлял сотни тысяч
двигателей. Позднее, в начале нашего столетия, ряд стран ( США, Франция,
Германия, Австралия, Великобритания и .др.) начал в значительных количествах
выпускать на заводах также и более совершенные по конструкции и экономичные
быстроходные ветроагрегаты, предназначенные в первую очередь для получения
электрической энергии. Их использовали для освещения небольших и удаленных
объектов и зарядки аккумулярных батарей.
В нашей стране
широкое развитие научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в
области ветроэнергетики началось буквально с первых дней Советской власти. Уже
в 1918 г. В.И.Ленин считал необходимым поручить Академии наук включить в план
реорганизации промышленности и экономического полъема России наряду с другими
проблемами водные силы и ветряные двигатели вообще и в применении к земледелию.
Через 3 года он снова возвращается к этому вопросу и в письме к А.П.
Серебровскому подчеркивает важность использования ветродвигателей в
Азербайджане. В.И. Ленин указывал на необходимость использования непервоклассных
сортов топлива для получения электрической энергии с наименьшими затратами на
добычу и перевозку горючего. Именно поэтому он придавал большое значение таким
энергетическим источникам , как ветер.
Первый этап
развития ветроэнергетики в нашей стране ( до середины 30-х годов)
характеризуется в основном теоретическими исследованиями. Н.Е. Жуковским и его
учениками Г.Х. Сабининым, В.П. Ветчинкиным и др. была разработана теория
идеального и реального ветродвигателей, которойпользуются во всем мире. В тот
же период созданы аэродинамические профили высокого качества для лопастей
ветроколес, спроектированы опытные установки и проведены продувки моделей в
трубах, изучены характеристики ветродвигателей. Проводились испытания различных
конструкций ветроагрегатов и установок, совершенствовались методы их расчета и
проектирования.
Параллельно
велись работы по созданию новых моделей и типовветродвигателей. Уже в 1924 году
под руководством Н.В. Красовского в отделе ветродвигателей (ОВД) ЦАГИ был
разработан быстроходный двигатель мощностью до 50 л.с. с новой системой
регулирования частоты вращения колеса, предложенной Г.Х. Сабининым. Она
получила название стабилизаторной. С целью расширения работ по созданию
ветродвигателей и использованию энергии ветра в 1930 г на базе ОВД ЦАГИ был
организован Центральный ветроэнергетический институт (ЦВЭИ), единственный в
мире в то время научно исследовательская оргонизация такого профиля.
В те годы удалось
быстро разработать конструкции тихоходных ветродвигателей ВД-5 и ВД-8 для
серийного производства. После модернизации эти двигатели, предназначенные для
подъема воды, а также для работы с некоторыми сельскохозяйственными машинами
(мельницами, дробилками кормов, силосорезками и др.), начали выпускать в
больших количествах под марками ТВ-5 и ТВ-8. Была также создана конструкция и
освоено производство быстроходного ветродвигателя Д-12 со стабилизаторной
системой регулирования, который использовался в сельском хозяйстве, в Арктике,
на зимовках, на метеостанциях и для энергоснабжения других объектов.
В связи с началом
электрофикации сельского хозяйства были организованы работы по созданию
ветроэлектрических станций (ВЭС). В 1930 году была спроектирована, а в 1931
году сооружена в Крыму самая крупная в мире ВЭС Д-30 мощностью 100 кВт. Станция
работала до 1942 года и давала электроэнергию в сеть Севастопольэнерго
напряжением 6300 В. Среднегодовая выработка энергии ВЭС превышала 270 МВт.ч. Во
время Великой отечественной войны она была разрушена. К этому же периоду
относится создание в нашей стране проектов самых крупных в мире ВЭС мощностью
1000 и 5000 кВт, которые не смогли быть реализованы из-за войны.
С 1936 г.
основные проектные и следовательские работы по использованию энергии ветра, в
первую очередь для нуждсела, были переданы Всесоюзному НИИ механизации
сельского хозяиства (ВИМ). В 1938 г. в составе Всесоюзного научно-
исследовательского института сельскохозяйственного машиностроения (ВИСХОМ)
было организовано конструкторское бюро по серийным ветродвигателям. Ряду
предприятий поручили выпуск установок. За 4 предвоенных года только в
колхозах и совхозах было построено более 8000 ветросиловых установок, с помощью
которых механизировали трудоемкие процессы на фермах, в первую очередь
водоснабжение животных.
В этот период и в
первые послевоенные годы был принят ряд партийных и правительственных
постановлений о развитии ветроиспользования. ХVIII съезд партии в резолюции по 3-му пятилетнему плану
(1938-1942 гг.) указал на необъходимость в целях экономии топлива широко
развить строительство небольших ветроэлектростанций, организовать массовое
производство ветродвигателей и широко развернуть сооружение колхозных
ветросиловых установок.
В годы Великой
Отечественной войны, когда не хватало топлива, в деревне широко развернулось
строительство ветряных мельниц. Сразу после окончания войны было организовано
промышленное производство модернизированных ветродвигателей типов ТВ-5, ТВ-8,
УНДИМ-Д-10, электрических зарядных ветроагрегатов небольшой мощности и других
установок, созданы и выпущены опытными партиями ветроэлектрические станции Д-18
и 1Д-18 ЦАГИ мощностью 30кВт. В законе о 4-м пятилетнем плане развития
народного хозяйства страны записано: « Обеспечить массовое строительство
ветростанций».
В годы,
предшествовавшие второй мировой воине, и вплоть до середины 50-х годов во
многих странах нарядус расширением масштабов производства и применения
ветродвигателей небольшой и средней мощности большое внимание начали уделять
созданию и строительству крупных ВЭС. Так, в начале 1941г. в США была построена
станция 1,25 МВт с двухлопастным ветроколесом. Несколько лет она успешно
работала, вырабатывая энергию, которая поступала в местную электрическую сеть.
В марте 1945 г. ее эксплуатация была прекращена вследствии повреждения одной из
лопастей, вызванного вибрацией.
После войны
датчане создали три типа ВЭС мощностью 12,45 и 200 кВт для работы на
электрическую сеть. Великобритания построила для испытаний несколько
демонстрационных 100 киловатных ветроэлектростанций, в том числе одну установку
принципиально нового типа системы Андро с пневматической передачей мощности от
ветроколеса генератору,установленному вместе с воздушной турбиной в нижней
части машины.
Под руководством проф. У.Хюттера в
Германии был осуществлен ряд усовершенствований ВЭС. Самая крупная из них имела
расчетную мощность 100 кВт. Наиболее совершенными из них были установки фирмы Allgaier .
Французские
ученые и конструкторы создали несколько ветроэлектрических станций мощностью от
130 до 800 кВт с синхронным и асинхронными генераторами. Они работали на
электрические сети совместно с другими, в основном тепловыми, электростанциями.
В этот же период велись работы в области ветроэнергетики в Швеции,Австралии,
Канаде, Нидерландах, Аргентине, Мексике и в ряде других стран.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|