рефераты бесплатно
 
Главная | Карта сайта
рефераты бесплатно
РАЗДЕЛЫ

рефераты бесплатно
ПАРТНЕРЫ

рефераты бесплатно
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

рефераты бесплатно
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Энергия

Канада - страна богатая энергетическими ресурсами и условия их

использования меняются от одного побережья до другого. В Британской

Колумбии, Манитобо и Квебеке в большей степени используются

гидроэнергетические ресурсы, чем это делается, например, в Онтарио. Уголь

активно используется в Луге и на Атлантическом побережье, хотя и в меньшей

степени, чем в наиболее развитых странах. В Онтарио выбор сделан на ядерную

энергетику, производящую более 60 процентов электроэнергии. В Квебеке и

Новом Брансуике также частично используют ядерную энергию. Рисунок 4

иллюстрирует, каким образом производят электроэнергию в некоторых странах,

включая Австралию и Канаду.

Во всех странах потребности в электроэнергии постоянно увеличиваются

(примерно на 3-4 % каждый год). Из диаграммы видно, что уголь является

основным видом топлива в США и Европе, и намного меньше используется в

Японии и Канаде. В этих странах в настоящее время примерно одна треть всей

электроэнергии вырабатывается на ядерных реакторах. Отражением мировых

перспектив в добыче природных ресурсов является то, что замещаемое топливо,

используемое в каждой стране, постепенно вытесняет все более недостаточную

и, следовательно, довольно дорогую нефть. Это наиболее очевидно и остро

наблюдается в Японии. Россия также заметно снизила свою зависимость от

нефти в производстве электроэнергии за последние 25 лет, и увеличила вклад

ядерной энергетики в энергообеспечение страны.

2.4 Ресурсы для будущего производства электроэнергии

При рассмотрении нашего будущего, уходящего за 2010 год, возникает

несколько практических вопросов, которые нельзя упускать. Один из них -

масштаб времени. Принятие решений сегодня об остановке относительно крупных

базисных электростанций, означает, что реально они могут быть выведены из

эксплуатации лишь через пять-десять лет. Можно даже ожидать, что срок их

службы будет продлен до 40 лет. Таким образом, сегодняшние инвестиционные

решения относительно больших электростанций не могут существенно изменить

действующие системы энергоснабжения страны, по крайней мере, в течение двух

или трех десятилетий. Британские ядерные программы 1950-ых годов, например,

были рассчитаны на два десятилетия, чтобы достичь прироста электроэнергии

всего на десять процентов. Даже газовые турбины, которые можно вводить в

эксплуатацию в течение двух лет, и которые являются все более и более

популярными, реально не смогут в короткие сроки изменить систему

энергоснабжения страны. Если же рассматривать использование и внедрение

новых технологий, еще только проектируемых, требуемое время растянется до

двух, трех десятилетий. Следовательно, многие технологии, используемые

сегодня, будут неизбежно актуальны еще в течение нескольких десятилетий.

Другой практический вопрос имеет отношение к размерам. В некоторых

случаях малое предпочтительнее большого, а при низких трудовых затратах,

оказывается эффективнее.

[pic]

Рисунок 4

[pic]

Рисунок 5

В горнодобывающей промышленности и производстве электроэнергии,

однако, реальные размеры электростанций и сопутствующих объектов определяют

и экономические показатели. Там где масштабы сокращаются, стоимость единицы

продукции непреклонно увеличивается. Строительство стандартных

электростанций крупного масштаба неизбежно в урбанизированных и

индустриальных странах, где большие запросы в электроэнергии

сконцентрированы в малых областях.

Таким образом, существование этих двух проблем, первой - достаточно долгого

срока разработки и внедрения новых технологий, и второй - необходимости

строительства крупномасштабных объектов, требуют осторожной оценки будущих

тенденций в производстве электроэнергии, гарантирующих удовлетворение

постоянно растущих потребностей. Кроме того, используемые технологии должны

полностью соответствовать поставленным задачам. Поэтому вопрос состоит в

том, как из существующего многообразия способов производства электроэнергии

выбрать наиболее подходящие для конкретного места в конкретное время. Какие

же здесь есть варианты?

Энергосбережение: Один из вариантов заключается в использовании

меньшего количества энергии и строгом ее сохранении, преимущественно путем

увеличенная энергоотдачи. Этот подход может быть применен как ко многим

приложениям в развитых странах, так и к новым энергетическим объектам во

всех странах. Если бы США, Великобритания и Япония могли бы, например,

использовать меньшее количество электроэнергии, то это позволило бы вывести

из эксплуатации электростанции, работающее на жидком топливе, в двух из

этих стран, и заметно уменьшить его использование в третьей. Проблемы

энергосбережения подробно рассмотрены в разделе 1.5. Заметим, что такой

подход, однако, дает больший эффект на уровень потребления полной энергии

чем на фактический уровень производства электроэнергии, и приводит к

увеличению доли использования электроэнергии в картине полного

энергопотребления.

Нефть: В 1994 нефть обеспечивала 11 % всего производства

электроэнергии, и значительное количество нефти все еще используется

сегодня, даже для базисного производства энергии в некоторых странах

(Рисунок 4). Нефть - уникальный источник энергии с точки зрения его

энергоемкости и сравнительной простоты транспортировки. Кроме того, как

нефть, так и газ имеют важные применения в нефтехимической промышленности в

качестве исходного сырья для производства пластических масс и

фармацевтических изделий. Использование продуктов переработки нефти для

производства электроэнергии в местах рационального расположения иных

топливных ресурсов неэффективно. В Австралии и Канаде, например, нефть

используется для производства электроэнергии лишь в областях, отдаленных от

ресурсов природного газа и каменноугольных бассейнов, и в относительно

небольших масштабах.

Природный газ: Использование природного газа в Австралии для

производства электроэнергии заметно увеличилось начиная с 1970-ых годов, а

в Канаде его использование, начиная с 1985 года, хотя и удвоилось, но все

еще дает небольшой общий вклад в производство энергии (не более 3 %). В

целом, однако, газ имеет довольно большое значение для производства

электроэнергии в мире. В 1994 году его доля в мировом производстве

электроэнергии составляла около 14 %, и этот вклад непрерывно

увеличивается. Использование газа приводит к меньшим выбросам углекислого

газа в атмосферу, чем использование угля, и поэтому в некоторых странах

одобрено его применение для базисного производства энергии с постепенным

замещением угольного топлива. Природный газ - незаменимый и полезный

ресурс. Его можно выкачивать из земли, легко и экономно транспортировать в

трубопроводах на большие расстояния, подводить к отдаленным населенным

пунктам, где его использование может быть очень эффективным (до 90 % с

учетом потерь при транспортировке). Газ может быть превращен в жидкость для

отгрузки морским транспортом (например, Япония и Корея получают газ именно

таким способом). Кроме того, газ - ценное химическое сырье, используемое

для производства различных товаров. Это означает что крупномасштабное

использование этого топлива для производства электроэнергии там, где менее

доступны альтернативные способы, может привести к серьезным проблемам.

Возможно наши внуки будут сожалеть, что их предки не были настолько

прозорливы чтобы ограничить в свое время использование газа на планете и

оставить хоть какую-то часть им. В любом случае исключительная роль

природного газа как топлива для производства энергии, так или иначе,

приведет к повышению его стоимости в будущем и он, вероятно, станет менее

конкурентоспособным для базисного производства электроэнергии.

Уголь: Из всех видов топлива для базисного производства

электроэнергии, уголь в настоящее время наиболее важен. Уголь играет

определяющую роль в снабжении энергией большинства стран и в настоящее

время дает 39 % всей электроэнергии в мире. Современные угольные

электростанции стали более эффективными чем в прошлом, и при небольших

дополнительных затратах их влияние на окружающую среду, вызванное сжиганием

углей с высоким содержанием серы, может быть значительно уменьшено (см.

также Главу 6). Добыча угля на больших карьерах обходится довольно дешево,

но затраты на его транспортировку на большие расстояния делают этот вид

топлива менее привлекательным. Если большие количества угля, добытые в

одном месте, отправляются поперек континента или через океан в другое место

(например, из Австралии или Канады в Японию или Европу), то транспортировка

приводит к таким затратам, что стоимость получаемой электроэнергии

становится слишком высока. Подобно нефти и газу, уголь имеет важные

применения не только в качестве топлива. Углерод, например, содержащийся в

угле, необходим в больших количествах для выплавки металлов. Хотя природные

ресурсы угля довольно большие, вопросы его сохранения сегодня становятся

все более и более важными.

Уран: Единственным топливом, которое может стать реальной

альтернативой для базисного производства электроэнергии, является в

настоящее время уран. В то время как горнодобывающая промышленность

производит и обрабатывает большие количества руды, две или три 200 литровые

бочки двуокиси урана (U308 ) содержат достаточно энергии для обеспечения

таких больших городов как Торонто или Сидней. Урановое топливо очень

компактно и имеет огромные преимущества с точки зрения охраны окружающей

среды (см. Главу 6). Противники уранового топлива часто утверждают, что по

сравнению с углем, использование ядерного топлива имеет слишком много

нерешенных проблем. Заметим, однако, что уже прошло более сорока лет с

момента запуска первого коммерческого реактора, и более половины столетия с

того момента, как люди научились управлять цепной реакцией ядерного деления

(см. Главу 3).

За это время в мире накоплен огромный эксплуатационный опыт работы

коммерческих реакторов, составляющий приблизительно 9500 реакторо-лет, и

примерно такой же опыт эксплуатации аналогичных (но несколько меньших)

ректоров, используемых в морском флоте. Сегодня в эксплуатации в 32 странах

мира находятся более 430 ядерных реакторов, которые дают 16 % мирового

производства электроэнергии.

Большое количество атомных электростанций находятся сейчас в стадии

строительства. Во многих странах удовлетворены надежностью, безопасностью и

экономическими характеристиками ядерной энергии по сравнению с углем или

нефтью (см. также раздел 2.6 и Главу 6). Во многих странах по крайней мере

третья часть потребляемой электроэнергии производится на ядерных реакторах.

Франция, например, сегодня производит три четверти своей электроэнергии на

ядерных реакторах и является мировым лидером в ее экспорте. В Таблице 5

приведены различные типы ядерных реакторов, используемых в настоящее время

для генерации электричества. Атомные электростанции CANDU, например, лучше

других используют ресурсы ядерного топлива, и могут функционировать на

разновидностях низко обогащенного топлива, включая топливо, отработанное на

других типах реакторов. Реакторы на быстрых нейтронах (см. раздел 4.4)

имеют возможность значительного увеличения выхода электроэнергии при

использовании известных резервов урана. Исключая военное использование и

использование в энергетических установках на морских судах, уран не имеет

никаких других применений кроме как для производства электроэнергии и

создания медицинских и промышленных изотопов. По крайней мере, 95% мировой

добычи урана идет сегодня в производство электроэнергии. Потенциал ядерной

энергии, использующей уран в качестве топлива для генерации электричества,

наиболее важен для развитых стран, которые имеют большие потребности в

электроэнергии.

Сегодняшние атомные электростанции имеют энергоблоки мощностью от 500

до 1300 МегаВатт (МВт). Энергоблоки меньшей мощности экономически

нецелесообразны. Однако, в некоторых развивающихся странах потребности в

электроэнергии не столь велики и либо не требуют больших генерирующих

мощностей, либо используют часть вырабатываемой энергии в других целях,

например, в опреснительных установках. В этих случаях, где базисные

потребности в электроэнергии удовлетворяются традиционными

электростанциями, работающими на жидком топливе, экономически более

целесообразно использование реакторов с мощностью в 100 МВт.

Ядерный синтез: Коммерческое использование ядерного синтеза все еще

является нашей будущей надеждой. Аналогично поиску способов использования

солнечного света, человечество в течение долгого времени пытается приручить

процессы, происходящие на Солнце, которые дают свет и тепло Земле. Эти

процессы называют термоядерным синтезом (в отличие от процессов ядерного

расщепления, см. Главу 3). Один из способов для достижения управляемого

термоядерного синтеза состоит в слиянии ядер дейтерия и трития (тяжелых

изотопов водорода) при очень высоких температурах - приблизительно 100

миллионов градусов. Пока не существует надежных методов стабильного

поддержания таких высоких температур. Однако, интенсивные исследования в

этом направлении постоянно продолжаются, особенно в США, Японии, Европе и

России, и, возможно, в следующей половине нынешнего столетия энергия,

выделяемая при термоядерном синтезе, будет использоваться для производства

электроэнергии. Будущие технологии термоядерного синтеза стали бы наиболее

подходящим инструментом для обеспечения энергией крупных городов и

индустриальных областей. Дейтеривым топливом относительно богата морская

вода, а тритий может быть получен или из лития, или произведен в ядерных

реакторах с замедлителем из тяжелой воды. Почти безграничная энергия стала

бы нам доступна, если бы была достигнута управляемая реакция синтеза двух

ядер дейтерия, но протекание такой реакции требует намного более высоких

температур, чем реакция слияния трития и дейтерия. Управляемый синтез

обыкновенных ядер водорода (как это происходит на солнце), кажется

маловероятным для достижения его на Земле, поскольку условия протекания

такой реакции "сверхэкстремальные". Большое преимущество всех этих реакций

- это совершенно незначительное количество радиоактивных отходов. К

недостаткам следует отнести высокую стоимость проектов, высокую стоимость

производства газа трития и высокий уровень наведенной радиоактивности в

конструкциях термоядерных установок.

2.5 Возобновляемые источники энергии

Технологии, направленные на использование сил природы для выполнения

работы, удовлетворяющей человеческие потребности, столь же стары, как и

первое парусное судно. Имеется фундаментальная привлекательность в

использовании таких природных сил, которые оберегают окружающую среду от

эффектов горения органического топлива. Солнце, ветер, волны, реки,

биомасса, потоки геотермальной теплоты земли действуют непрерывно и всегда

(отсюда и термин "возобновляемый"). Из всего перечисленного пока только

энергия падающей воды в реках получила широкое распространение для

преобразования в электроэнергию.

Основное применение солнечной энергии, благодаря фотосинтезу,

человечество нашло в сельском хозяйстве и лесоводстве, хотя все чаще ее

начинают использовать для отопления.

Биомасса (например, остатки сахарного тростника) сжигается для

получения энергии, увеличивается использование зерна для получения

автомобильного топлива. Масштабы использования других видов природной

энергии в настоящее время незначительны. Имеются и первостепенные задачи в

сегодняшнем использовании возобновляемых источников энергии. Для

фотоэлектрических систем, например, это вопрос - как сделать их

самовозбуждающимися генераторами электричества. Для использования природной

теплоты, - как преобразовать ее в пар или как применить другие способы

преобразования энергии.

Если фундаментальное свойство возобновляемости источников энергии

состоит в их доступности и относительно широкой распространенности, то

фундаментальная проблема в их использовании для производства электроэнергии

состоит в их нестабильности и недостаточной предсказуемости*.

|*Исключение составляет геотермальная энергия, которая не |

|широко доступна. |

Это означает, что должны существовать либо дублирующие источники

электроэнергии, либо способы ее накопления в больших масштабах. Однако,

кроме накопления гидроэнергии в водохранилищах или сжатого воздуха в

резервуарах (см. ниже), в настоящее время никакого другого способа не

существует и не просматривается в будущем. Для автономных систем вопросы

аккумулирования энергии являются первостепенными. При подключении их к

существующим электросетям, возникает вопрос дублирующих источников. В

использовании энергии солнца для крупномасштабного и особенно базисного

производства электроэнергии имеются небольшие возможности.

Солнечная энергия: "Солнечный - не ядерный" - популярный лозунг

представителей анти-ядерного движения в защиту окружающей среды и многих

"технологических оптимистов", ратующих за прямое использование солнечного

тепла, продолжает еще иногда звучать. Конечно, в будущем, возможно, мы

будем видеть большее количество солнечных батарей на крышах домов,

поскольку их цена снижается, а мы более рационально используем энергию, что

способствует более широкому их распространению. Однако, для генерации

электричества солнечная энергия имеет ограниченный потенциал, поскольку она

непостоянна и непредсказуема. Во-первых, потоки солнечной энергии

прерываются в ночное время и при облачной погоде. Это приводит к достаточно

низкому коэффициенту использования солнечной энергии, обычно менее 15

процентов. Во-вторых, коэффициент преобразования современными

фотоэлементами солнечной энергии в электрическую не превышает 12-16

процентов, и его до сих пор его не удается увеличить, хотя исследования в

этой области ведутся уже более нескольких десятилетий. *

|*В Австралии в погожий солнечный день на поверхность земли, |

|ориентированную перпендикулярно к солнечным лучам, попадает до одного |

|килоВатта энергии на квадратный метр. В Канаде эта величина оказывается |

|намного меньшей. На большей части ее территории, на горизонтальную |

|поверхность площадью в один квадратный метр, попадает в среднем не более|

|одного килоВатт часа солнечной энергии в течение дня. |

В настоящее время внимание сфокусировано на двух способах

преобразования солнечной энергии в электрическую. Более всего известен

метод, использующий фотоэлементы для генерации электричества. Этот метод

имеет большое значение, например, для обеспечения энергией космических

аппаратов, оборудования систем связи отдаленных узлов телесети в Австралии

и Канаде. Популярность фотоэлементов была бы тем выше, чем выше была бы их

эффективность и ниже стоимость (на сегодняшний день стоимость фотоэлементов

составляет примерно 4000 долларов США на один килоВатт вырабатываемой

мощности). Стоимость фотоэлементов все еще слишком высока для бытового

использования. Для автономных систем должны обязательно использоваться

некоторые способы хранения собранной энергии в течение темного времени

суток или облачности. Это могут быть или аккумуляторные батареи, или

водород, произведенный электролизом, или сверхпроводники. В любом случае, в

дополнительные стадии превращения энергии необходимо вовлекать процессы с

неизбежными энергетическими потерями, понижающие общий КПД, и значительно

увеличивающие затраты. Несколько экспериментальных солнечных электростанций

мощностью от 300 до 500 кВт включены в электросети Европы и США. В научных

учреждениях продолжаются исследования в направлении уменьшения размеров

фотоэлементов и увеличения их эффективности.

Другое главное направление исследований - разработка экономных

способов хранения энергии, которая выработана фотоэлементами в течение

светового дня. Солнечная тепловая электростанция имеет систему зеркал для

концентрации солнечного света на специальный поглотитель, в котором

выделяющееся тепло преобразуется в пар высокого давления и приводит в

движение турбины. Концентратор - это обычно параболический отражатель,

который ориентируется между севером и югом, прослеживает путь солнца в

течение дня. Поглотитель расположен в фокусе этого отражателя и использует

солнечную энергию для нагревания специальной жидкости (обычно это

синтетическое масло) до температуры порядка 400 градусов Цельсия. Эта

жидкость далее управляет турбиной и генератором. В настоящее время

несколько таких электростанций с мощностью энергоблоков 80 МВт находятся в

эксплуатации. Каждый такой модуль занимает площадь примерно в 50 гектаров

земли и требует очень точных систем управления. Солнечные электростанции

дополняются модулями, работающими на газе, которые производят около

четверти полной вырабатываемой мощности и сохраняют рабочий режим в течение

ночи. В середине 1990-ых годов такие станции с суммарной мощностью более

чем 350 МВт произвели во всем мире примерно 80 % электроэнергии, полученной

от солнца. В будущем основная роль солнечной энергии будет состоять в ее

прямом использовании для отопления.

Наибольшая энергетическая потребность людей - это потребность в тепле,

например, в горячем водоснабжении с температурой не более 60 градусов

Цельсия. Более высокие температуры требуются в промышленности (в диапазоне

60 - 110 градусов Цельсия). Эти потребности в совокупности определяют

пропорции энергетического потребления в индустриальных странах. Первая

потребность уже сегодня может быть удовлетворена в некоторых областях за

счет использования солнечного света и тепла. Коммерческое использование

солнечной энергии для снабжения теплом промышленных объектов, по-видимому,

будет возможно в недалеком будущем. Практическая реализация такого подхода

снизит в некоторой степени потребление электроэнергии, уменьшит расход

органического топлива и благоприятно скажется на охране окружающей среды. А

если использовать тепловые насосы с надлежащей изоляцией, то можно также

отапливать (или охлаждать) здания с очень небольшими затратами энергии. В

конечном счете, до десяти процентов полной потребляемой энергии в

индустриальных странах может быть получено при рациональном использовании

солнечного света и тепла. Это частично уменьшит необходимый уровень

базисного производства электроэнергии.

Энергия ветра: В течении многих десятилетий в отдаленных районах

используются ветряные турбины для бытовой генерации электричества и

подзарядки аккумуляторных батарей. Генерирующие модули мощностью больше чем

1 МВт теперь функционируют во многих странах. Производимая ветряной

Страницы: 1, 2, 3, 4


рефераты бесплатно
НОВОСТИ рефераты бесплатно
рефераты бесплатно
ВХОД рефераты бесплатно
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

рефераты бесплатно    
рефераты бесплатно
ТЕГИ рефераты бесплатно

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.