Навчальний проект з хімії "Альтернативні джерела енергії"

(Навчальний проект у 9 класі.

Тема «Початкові поняття про органічні сполуки»)

Тема. Альтернативні джерела енергії

Мета. З’ясувати види  джерел енергії альтернативних викопному паливу.             Розглянути принципи поступової заміни викопного палива альтернативним.

Це поновлювані джерела, до яких відносять енергію сонячного випромінювання, вітру, морів, річок, біомаси, теплоти Землі, та вторинні енергетичні ресурси, які існують постійно або виникають періодично у довкіллі.

Зміст

І.   Актуальність проблеми.

• Економіка України(Енергетичні ресурси)
• Паливно-енергетичні ресурси України

ІІ. Шляхи вирішення проблеми. Заміна викопного палива альтернативними видами.

1 Використання біогазу

2 Вітроенергетика

3 Гідроенергетика

4.      Космічна енергетика

4 Геотермальна енергетика

ІІІ. Геотермальна енергетика світу

США

Японія

Ісландія

Італія

Нова Зеландія

Мексика

Філіппіни

ІV. Висновки

Література

• Стаття 1 Закону України «Про альтернативні джерела енергії» від 20 лютого 2003 року.
• Мережа Інтернет.
• Альтернативна енергетика з використанням сонячних елементів : навч. вид. / В. Ю. Єрохов; Нац. ун-т "Львів. політехніка". - Львів : Сполом, 2015. - 116 c. - Бібліогр.: с. 113-116.
• Нетрадиційні джерела енергії: теорія і практика : монографія / Й. С. Мисак, І. М. Озарків, М. Г. Адамовський та ін. ; за ред. Й. С. Мисака, І. М. Озарківа ; М-во освіти і науки, молоді та спорту України, Нац. ун-т "Львів. політехніка", Нац. лісотехн. ун-т України. – Л. : НВФ "Укр. технології", 2013. – 356 с. : іл., табл. – Бібліогр.: с. 353-354 (25 назв). – ISBN 978-966-345-267-8
• Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні : матеріали сьомої міжнар. наук.-практ. конф., 10-11 квіт. 2013 р., Львів : зб. наук. ст. / Львів. обл. адмін., Львів. міська рада, Нац. ун-т "Львів. політехніка [та ін.]. – Л. : ЛвДЦНІІ, 2013. – 230 с. – Тит. арк. парал. укр., англ.

Додаток 1

Енергія вітру

За підрахунками вчених, загальний вітроенергетичний потенціал Землі в ЗО разів перевищує річне споживання електроенергії в усьому світі. Однак, використовується лише мізерна частка цієї енергії. Але так було не завжди. За даними статистики, в дореволюційній Росії налічувалось близько ЗО тис. вітряків. Ця нехитра установка була також атрибутом майже кожного другого села в Україні. Проте парова машина, а потім двигун внутрішнього згоряння витіснили цих скромних трудівників.

Можливості використання цього виду енергії в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітрових двигунів швидкість вітру не повинна в середньому за рік падати нижче 4-5 м/с, а краще, коли вона становить 6-8 м/с. Для цих установок шкідливі і надто великі швидкості вітру (урагани), які можуть їх поламати. Найбільш сприятливі зони для використання вітрової енергії - узбережжя морів і океанів, степи, тундра, гори. В межах України такими ділянками є узбережжя Чорного моря, особливо Крим, а також Карпати, південні степові райони.

Піонером будівництва вітрових електростанцій (ВЕС) у нашій країні до війни був видатний український вчений та інженер, один з основоположників космонавтики Ю.Кондратюк. Побудована ним у 1931 р. поблизу Севастополя ВЕС потужністю 100 кВт, забезпечувала струмом міську мережу понад десять років. Ю.Кондратюк проектував більш потужні ВЕС на 5 і 10 тис. кВт, та розпочалась війна, Кондратюк пішов добровольцем на фронт і загинув у 1941 p., а проекти його ВЕС було покладено "під сукно".

Нині на Заході, особливо в Данії та США, серійно випускаються невеликі ВЕС потужністю від 1,5 до 100 кВт. Побудовано кілька експериментальних ВЕС потужністю до 30 тис. кВт. Втілюється інша технічна ідея Ю.Кондратюка, який запропонував свого часу будувати ВЕС разом з установками по виробництву водню шляхом електролізу води. Тоді, коли потреба в електроенергії нижча, "зайва" потужність ВЕС спрямовується на виробництво надзвичайно цінного енергетичного продукту - водню. Водень може використовуватися як пальне для автомобілів, а також замість природного газу у багатьох інших установках, причому внаслідок його згоряння не утворюються шкідливі речовини, а лише водяна пара.

Особливо актуальним використання енергії є для Криму. Нині за даними Крименерго, півострів споживає 1 млн. 340 тис. кВт, причому майже вся ця енергія надходить із-за меж Криму. Деяку частину її дають дизельні станції, що забруднюють повітря курортної зони. А тим часом на одній Арабатській стрілці, що на Сиваші, можна встановити ЗО тис. ВЕС і одержати 3 млн. кВт екологічно чистої електроенергії. А якщо побудувати ВЕС на кримських яйлах від Керчі до Севастополя, то Крим може стати навіть експортером електроенергії.

Під час роботи ВЕС навколишнє середовище не зазнає жодних забруднень. Єдині негативні впливи - це низькочастотний шум (гудіння) працюючих вітряків та ще гибель птахів, що потрапляють у лопасті двигунів.

Енергія морів і океанів

Світовий океан містить велетенський енергетичний потенціал. Це, по-перше, енергія Сонця, поглинута океанською водою, що виявляється в енергії морських течій, хвиль, прибою, різниці температур різних шарів морської води і, по-друге, енергія тяжіння Місяця й Сонця, яка спричиняє морські припливи й відпливи. Використовується цей великий і екологічно чистий потенціал ще вкрай мало.

Одну з перших електростанцій, що використовує енергію морських хвиль, було побудовано ще в 1970 р. поблизу норвезького міста Бергена. Вона має потужність 350 кВт і забезпечує енергією селище з 100 будинків. Можливості створення більш потужних хвильових станцій досліджуються вченими Великобританії, США та Японії. А румунські вчені провели вдалі досліди з установками для перетворення енергії морських хвиль на електроенергію на Чорному морі, яке поблизу узбережжя Румунії нічим не відрізняється (з енергетичної точки зору) від того, що омиває береги України.

Усі типи морських хвильових електростанцій, що будуються і діють сьогодні, побудовані за єдиним принципом: у спеціальному буї-поплавку під дією хвилі коливається рівень води. Це призводить до стискання в ньому повітря, яке рухає турбіну. В експериментальних електростанціях навіть невеликі хвилі висотою 35 см примушують турбіну розвивати швидкість понад 2 тис. обертів за хвилину. Метрової висоти хвиля забезпечує від 25 до 30 кВт енергії, а в деяких частинах Світового океану, наприклад, у Тихому океані, можна одержати до 90 кВт.

Іншим різновидом морських електростанцій с установки, що перетворюють енергію морського прибою. Крім згаданого поплавкового принципу, такі станції використовують також принцип накачки сильним прибоєм морської води в резервуар, розташований вище рівня моря. Звідти вода спускається вниз, крутячи турбіни енергоустановок.

У океані подекуди досить близько розташовані шари води з різною температурою. Найбільш значною (до 22С) різниця температури є в тропічній зоні світового океану. На цьому явищі базується принцип одержання електроенергії. В спеціальний теплообмінник закачується насосами холодна глибинна вода і нагріта Сонцем поверхнева. Робочий агент (фреон), яку домашньому холодильнику, почергово випаровується та переходить у рідкий стан у різних частинах теплообмінника. Пара фреону рухає турбіну генератора. Нині така установка потужністю 100 кВт працює на тихоокеанському острові Науру, забезпечуючи енергопотреби населення цього острова.

Нарешті, розроблені і вже діють електростанції, що використовують енергію морських припливів. Вигідними вони є в таких ділянках узбережжя Світового океану, де припливи бувають найвищими. До таких ділянок належать канадська затока Франції (висота припливу становить 17м). протока Ла-Манш (15м), Пенжинська затока Охотського моря (13м) тощо. На узбережжі Чорного моря висота припливу дуже незначна. Нині споруджено і працює кілька припливний станцій: у гирлі р. Рані на узбережжі Ла-Маншу (Франція) потужністю 240 тис. кВт і Кислогубська в Кольській затоці (Росія) потужністю 400 кВт.

Широке впровадження морських електростанцій різних типів стримується відносно високою їх вартістю. Проте, вчені дійшли висновку, що їх енергетичний баланс (співвідношення одержаної та затраченої енергії) може бути більш високим, ніжу деяких АЕС і ТЕС, що працюють на вугіллі та нафті. Розрахунки й проекти інженерів свідчать, що в найближчому майбутньому можливе спорудження великих електростанцій такого типу. Привертають увагу проекти електростанцій, розташованих на плавучих установках вдалині від берега. В деяких проектах пропонується одержувати енергію на таких станціях комплексним способом (наприклад, за рахунок хвиль, різниці температур, а також вітру та Сонця). Ця енергія може використовуватися для виробництва водню або передаватися на берег по підводному кабелю.

Робота згаданих електростанцій не спричиняє забруднення навколишнього середовища, зокрема й теплового, бо вони лише перетворюють акумульовану в хвилях, припливах тощо енергію Сонця й Місяця на інші види енергії, зокрема електричну.

Біоенергетика

Біоенерге́тика — галузь електроенергетики, заснована на використанні біопалива, яке створюється на основі використання біомаси.

До біомаси відносять усю рослинну і вироблену тваринами субстанцію. При використанні біомаси в енергетичних цілях для виробництва тепла, електроенергії і палива, розрізняють енергетичні рослини і органічні відходи.

Енергетичними рослинами вважаються:

сорти дерев, що швидко ростуть і спеціальні однорічні рослини з високим вмістом сухої маси для використання як твердого палива;

цукро-та крохмалевмісні польові культури для переробки в етанол, а так само маслянисті культури для виробництва біодизеля для застосування як рідкого палива;

польові культури, придатні для силирування і використання у виробництві біогазу.

До органічних відходів відносяться відходи, що виникають в сільському, лісовому, домашньому господарстві і промисловості: відходи деревообробки, солома, трава, листя, гній, шлам, органічні відходи домашнього господарства тощо.

До біогенного твердого палива відносяться усі не викопні види палива органічного походження, які до моменту їх використання знаходяться в твердому стані, як наприклад: деревина усіх видів і у будь-якій формі, солома, макуха, зерно, кукурудза, злаки, цукровий буряк, ріпак, рослинні олії, біологічні відходи, екскременти, водорості тощо.

Виробництво електроенергії та тепла з твердої біомаси на сьогодні здійснюється в основному шляхом спалювання в твердопаливних котлах, з отриманням пари високого тиску. Цей процес здійснюється за допомогою біомасових енергетичних установок. Розрізняють відповідно:

 — біомасові котельні — установки що виробляють тільки тепло;

 — біомасові теплоелектроцентралі (Біо-ТЕЦ) — виробляють разом з теплом ще і електрику.

Щорічно приріст біомаси у світі оцінюється в 200 млрд т (в перерахунку на суху речовину), що енергетично еквівалентно 80 млрд т нафти. Одним із джерел біомаси є ліси. При переробці ділової деревини 3-4 млрд т складають відходи, енергетичний еквівалент яких становить 1,1-1,2 млрд т нафти. Світова потреба в енергії (11 млрд т у.п.) становить тільки 12 % енергії щорічного світового приросту біомаси. Частка і кількість біомаси, використовуваної для одержання енергії, постійно знижується, що можна пояснити порівняно низькою теплотою згоряння біомаси, унаслідок високого вмісту в ній води.

Космічна енергетика – енергетика майбутнього

Може енергопостачання, одержуване від космічних джерел енергії вирішити всі енергетичні проблеми людства ? Фахівці компанії Boeing і агентства NASA розробляють проект сонячної енергостанції космічного базування. Цей проект має назву SBSP ( Space-Based Solar Power ) і представляє з себе за задумом творців мережа енергетичних супутників, розташованих на геосинхронних орбітах. Ці супутники утилізують отримувану сонячну енергію і передають її вниз, на поверхню Землі у вигляді мікрохвильового випромінювання.

Порівняно з сонячними енергетичними установками, розташованими на поверхні планети, установки космічного базування мають цілий ряд безперечних переваг. Перше, і найголовніше, перевага полягає в безперервності дії подібної установки, одержуваної за рахунок постійного опромінення установки сонячними променями. Додатковими перевагами є повна незалежність від погодних умов на поверхні планети і кута нахилу осі планети.

Звичайно, при практичній реалізації цієї системи в життя виникає цілий ряд проблем. Перша проблема пов'язана з габаритними розмірами антени, що передає енергію на поверхню землі. Дослідники підрахували, що при передачі енергії мікрохвилями з частотою 2.45 ГГц діаметр передавальної антени будуть близький до одного кілометра. При цьому діаметр приймає енергію області на поверхні Землі має становити не менше 10 кілометрів.

Ще не до кінця вивчено питання про ККД при передачі енергії з космоса на Землю, але це питання не викликає у дослідників великих заворушень. На Землі були вже успішно проведені експерименти по бездротової передачі енергії на великі відстані. В ході одного з таких експериментів була досягнута передача енергії на відстань близько 150 кілометрів, що є значенням, близьким до відстані від енергетичного супутника до поверхні Землі.

Головна перешкода для початку реалізації системи SBSP в життя це сума грошових витрат необхідних для її побудови і виведення в навколоземний простір. Але, в нинішній час ведуться роботи по розробці та впровадженню ракет-носіїв нового типу SpaceX"s Falcon 9. Застосування таких ракет-носіїв дозволить істотно знизити витрати на виведення в космос компонентів системи SBSP, і зробить цей проект ближче до реальності.

Представники організацій, зайнятих на роботах над цим проектом, сповнені оптимізму. Вони стверджують, що в разі початку фінансування програми в 2009 році, перший результат можна буде отримати вже в 2017 році. Цим результатом буде запуск одного експериментального енергетичного супутника потужністю 100 МВт. Наступним кроком буде запуск на орбіту комплексу з п'яти супутників, загальною потужністю понад 20 ГВт. Цей етап, за планами, може бути реалізований вже в 2020 - 2025 роках.