Публикация материалов

Темы исследований

Наш баннер

Мы будем благодарны, если Вы установите наш баннер!
Баннер сайта Обучонок
Код баннера:
<a href="https://obuchonok.ru/" target="_blank"> <img src="https://obuchonok.ru/banners/banob2.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок. Исследовательские работы и проекты учащихся"></a>
Все баннеры...
Исследовательская работа: 
Нетрадиционные источники энергии

Геотермальная энергетика. Тепло Земли как источник энергии


Геотермальная энергетика – это производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счет энергии, содержащейся в недрах Земли. Источниками геотермальной энергии являются магма, горячие подземные воды и сухие нагретые породы. Объем Земли составляет примерно 1085 млрд. куб. км, и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры, имеет очень высокую температуру.

Запасы геотермальной теплоты в 35 млрд раз превышают годовое мировое потребление энергии. Лишь 1% геотермальной энергии земной коры (глубина 10 км) может дать количество энергии, в 500 раз превышающее все мировые запасы нефти и газа. Ясно, что геотермальная теплота представляет собой несомненно самый крупный источник энергии, которым в настоящее время располагает человек. Причем это энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для ее получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы.

История развития

Использование геотермальной энергии имеет весьма давнюю историю. Один из первых известных примеров — Италия, местечко в провинции Тоскана, ныне называемое Лардерелло, где ещё в начале XIX века местные горячие термальные воды, изливавшиеся естественным путём или добываемые из неглубоких скважин, использовались в энергетических целях. Вода из подземных источников, богатая бором, употреблялась здесь для получения борной кислоты.

Первоначально эту кислоту получали методом выпаривания в железных бойлерах, а в качестве топлива брали обычные дрова из ближайших лесов, но в 1827 году Франческо Лардерел (Francesco Larderel) создал систему, работавшую на тепле самих вод. Одновременно энергию природного водяного пара начали использовать для работы буровых установок, а в начале XX века — и для отопления местных домов и теплиц.

Там же, в Лардерелло, в 1904 году термальный водяной пар стал энергетическим источником для получения электричества. Примеру Италии в конце XIX — начале XX века последовали и другие страны. В 1967 году в СССР была представлена первая электростанция, работающая по методу двойного цикла. Новая технология позволяла получать электроэнергию, используя гораздо меньшие температуры.

В 2006 году подобная электростанция была построена в Аляске, способная вырабатывать энергию из воды с рекордно низкой температурой 57°C. [Данные о крупных ВЭС в мире приведены в Таблице 4] В 2008 г. в мире установленная мощность электрогенерирующих геотермальных установок составила около 11 млн. кВт с выработкой около 55 млрд. кВт·ч. По разным прогнозам, мощность геотермальных станций к 2030 г. возрастет до 40–70 млн. кВт. [Данные о крупных ВЭС в России приведены в Таблице 5]

Применение геотермальной энергии


Существует два основных способа использования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство электроэнергии. С этим связано и использование ее человечеством.

На сегодняшний день геотермальные ресурсы используются в сельском хозяйстве, садоводстве, аква- и термокультуре, промышленности, сфере жилищно-коммунальных хозяйств. В нескольких странах построены крупные комплексы, обеспечивающие население электроэнергией. Продолжается разработка новых систем.

Чаще всего использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве сводится к обогреву и поливу оранжерей, теплиц, установок аква- и гидрокультуры. Подобный подход применяется в нескольких государствах - Кении, Израиле, Мексике, Греции, Гватемале и Теде.

Одна из наиболее перспективных сфер – частный сектор, для которого геотермальная энергия – это реальная альтернатива автономного газового отопления.

Таблица 4. Крупные ВЭС в мире

Ганьсу. Китай. 7965МВт
Муппандал. Индия. 1500МВт
Джайсалмер. Индия. 1064МВт
Альта. США. 1020МВт
Шефердс Флэт. США. 845МВт
Лондон Эррей. Лондон. 630МВт

Таблица 5. Крупные ВЭС в России

Адыгейская. Адыгея. 150МВт
Ульяновская. Ульяновская область. 50.4МВт
Тарханкутская. Республика Крым. 22.45МВт
Пилотная. Краснодарский край. 460 МВт ожидаемый год ввода 2020
Береговая. Краснодарский край 220МВт ожидаемый год ввода 2022

Преимущества геотермальной энергетики:

  • геотермальную энергию можно использовать в виде геотермальной воды или смеси воды и пара (в зависимости от температуры) для нужд горячего водо- и теплоснабжения, а также для выработки электроэнергии;
  • не требуется поставки топлива из внешних источников;
  • обычная геотермальная станция, расположенная на берегу моря или океана, может применяться и для опреснения воды, которую можно затем использовать для питья или ирригации (орошение);
  • данный вид энергии практически неиссякаем и имеет полную независимость от условий окружающей среды, времени суток и года;
  • использование этой энергии позволяет обеспечить тепло- и электроснабжения населения в тех зонах нашей планеты, где централизованное энергоснабжение отсутствует или обходится слишком дорого (например, в России на Камчатке);
  • геотермальная энергетика гарантирует практически полную безопасность для окружающей среды.

Недостатки геотермальной энергетики:

  • требуется определенное местоположение для бурения скважин;
  • несмотря на почти полную экологическую безопасность, высока вероятность минерализации термальных вод большинства месторождений и наличия в воде токсичных соединений и металлов;
  • для практического использования теплоты геотермальных вод необходимы значительные капитальные затраты на бурение скважин, обратную закачку отработанной геотермальной воды и на создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования;
  • тепло Земли очень «рассеянно», и в большинстве районов мира человеком может использоваться с выгодой только очень небольшая часть энергии;
  • иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре. Кроме того, причиной ее остановки может стать плохой выбор места или чрезмерная закачка воды в породу через нагнетательную скважину.

Энергия биомассы

Биомасса считается возобновляемым источником энергии, так как содержащаяся в ней энергия производится в процессе фотосинтеза, когда растения преобразуют лучистую энергию в углеводороды. Выращивание растений специально для превращения в биомассу есть форма сохранения солнечной энергии.

Биомасса Земли составляет 2420 миллиардов тонн. Люди дают около 350 миллионов тонн биомассы в живом весе или около 100 миллионов тонн в пересчете на сухую биомассу — пренебрежимо малое количество в сравнении со всей биомассой Земли. Это шестой по запасам из всех доступных источников энергии после угля, горючих сланцев, урана, нефти и природного газа. Источниками топлива из биомассы являются деревья и травянистые растения, водные и морские растения, отходы сельскохозяйственного и лесоизготовительного производства, навоз и сточные воды, свалки.

История развития и состояние на сегодняшний день


Биомасса является одним из древнейших источников энергии, однако ее использование до недавнего времени сводилось к прямому сжиганию при открытом огне или в печах и топках с относительно низким К.П.Д.

В 1970-х впервые начали обращать серьезное внимание на возможность использования биомассы в качестве замены ископаемых топлив (нефть, уголь и т.д.). В то время происходил активный поиск новых источников энергии из-за бесконтрольно растущих цен на ископаемые топлива (нефть, уголь и т.д.)и возможности их истощения, и биомасса рассматривалась как более надежная и дешевая альтернатива. Уже в 1975 году определение «биомасса» стало широко применяться. В 80-х стали активно строиться генераторы, работающие на использовании отходов лесобработки, что стало первым шагом к массовому производству энергии из биомассы.

В 2000 году произошло еще большее улучшение биомассы. Были разработаны программы, с тем чтобы топливо, вырабатываемое биомассой, могло сочетаться с невозобновляемыми источниками энергии для сокращения потребления ископаемых видов топлива. Были также исследования о различных сельскохозяйственных культурах, которые можно выращивать для производства электроэнергии.

Использование биотоплива

Существует всего 3 вида биотоплива:

  • Твердое топливо (древесина)
  • Жидкое топливо (биодизель, биоэтанол и т.д.)
  • Газообразное топливо (биогаз)

Преимущества энергии биомассы:

  • биомасса – один из самых обильных источников энергии. Сотни миллионов запасов создано только природой, но также много тонн образуется в результате деятельности человека;
  • энергия из биомассы сможет помочь решить проблему изменения климата, сократить количество кислотных дождей, предотвратить загрязнение водоемов, эрозии почв, а также уменьшить количество различных отходов. Все больше применяя биомассу в качестве источника энергии, люди меньше задают вопрос о том, куда девать мусор;
  • при ответственной переработке биомассы в энергию двуокись углерода (СO2) не загрязняет атмосферу, поскольку новые растения в процессе роста поглощают всю двуокись углерода, выделяющуюся во время сжигания топлива;
  • по сравнению с природным топливом, данная энергия намного дешевле в использовании;
  • крупные электростанции на биотопливе способны работать беспрерывно, в отличие от солнечных и ветряных электростанций, которые зависят от ветра и солнца соответственно.

Недостатки использования энергии биомассы:

  • сжигание биомассы все же приводит к выбросу некоторого количества различных (в зависимости от типа используемой биомассы) загрязняющих атмосферу веществ. Наиболее распространены окислы азота (NO). При прямом сжигании древесины может выделяться значительное количество окислов углерода и пыли (дисперсных частиц);
  • бесконтрольная заготовка топлива из биомассы для электростанций наносит вред природе;
  • на данный момент производство биогаза выгодно и доступнов сельских местностях и на фермах, причем преимущественно в развитых странах, но с улучшением инфраструктуры эту проблема решаема;
  • при некоторых технологиях отдельные виды топлива, получаемого из биомассы, могут потребовать для своего производства больше энергии, чем смогут дать.

Перейти к разделу: 4. Приливные электростанции

Партнеры и статистика