Arten von Kraftwerken, die erneuerbare Energiequellen nutzen. Zu den wichtigsten erneuerbaren Quellen des Planeten gehören

MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER RUSSISCHEN FÖDERATION

„RUSSISCHE STAATLICHE GEOLOGISCHE EXPLORATIONSUNIVERSITÄT NACH SERGO ORDSCHONIKIDZE BENANNT“

Fakultät für Geoökologie und Geographie

Abteilung für Ökologie und Umweltmanagement

Im Kurs „Technogene Systeme und Ökorisiken“

„Erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen“

1. Erneuerbare Energieressourcen. 4

1.1. Klassifizierung erneuerbarer Energiequellen. 4

1.2. Windkraft. 5

1.3. Wasserkraft. 7

1.4 Solarenergie. 9

1.5 Biomasseenergie. elf

2. Nicht erneuerbare Energiequellen. 13

2.1. Vertreter nicht erneuerbarer Energiequellen. 14

2.1.3. Erdgas. 17

2.2. Atomenergie gewinnen. 17

2.2.1. Atomkraftwerke. 18

2.2.2. Vor- und Nachteile von Kernkraftwerken. 19

2.2.3. Unfälle in Kernkraftwerken. 20

Liste der verwendeten Literatur. 22

In der modernen Welt gibt es mehrere globale Probleme. Einer davon ist die Erschöpfung der natürlichen Ressourcen. Jede Minute verbraucht die Welt riesige Mengen Öl und Gas für den menschlichen Bedarf. Daher stellt sich die Frage: Wie lange werden uns diese Ressourcen noch reichen, wenn wir sie weiterhin in der gleichen großen Menge nutzen? Berechnungen zufolge werden die Ölressourcen des Planeten bis zum Ende dieses Jahrhunderts erschöpft sein. Das heißt, unsere Enkel und Urenkel werden nichts mehr zur Energiegewinnung haben? Hört sich gruselig an. Außerdem hat die Verwendung traditioneller Mineralien negative Auswirkungen auf die Umweltsituation der Welt. Daher denkt die Menschheit zunehmend über alternative Energiequellen nach. Darin besteht die Relevanz dieser abstrakten Arbeit.

Klassifizierung erneuerbarer Energiequellen

Erneuerbare Energiequellen (RES) sind die Energieressourcen ständig vorhandener natürlicher Prozesse auf dem Planeten sowie die Energieressourcen von Produkten. Die lebenswichtige Aktivität von Biozentren pflanzlichen und tierischen Ursprungs ist die zyklische Natur ihrer Erneuerung, die die Nutzung dieser Ressourcen ohne zeitliche Einschränkungen ermöglicht.

Typischerweise umfassen erneuerbare Energiequellen die Energie von Sonnenstrahlung, Wasserströmen, Wind, Biomasse und Wärmeenergie obere Schichten Erdkruste und Ozean.

Erneuerbare Energien können nach Energieart klassifiziert werden:

· mechanische Energie (Windenergie und Wasserströme);

· Wärme- und Strahlungsenergie (Energie der Sonnenstrahlung und Erdwärme);

· chemische Energie (in Biomasse enthaltene Energie).

Die potenziellen Möglichkeiten erneuerbarer Energiequellen sind praktisch unbegrenzt, aber die Unvollkommenheit von Technologie und Technologie sowie das Fehlen notwendiger struktureller und anderer Materialien erlauben es noch nicht, erneuerbare Energiequellen umfassend in die Energiebilanz einzubeziehen. In den letzten Jahren waren jedoch weltweit vor allem wissenschaftliche und technologische Fortschritte beim Bau von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen und vor allem bei der Photovoltaikumwandlung spürbar Solarenergie, Windkraftanlagen und Biomasse.

Die Machbarkeit und der Umfang der Nutzung erneuerbarer Energiequellen werden in erster Linie von ihrer Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit gegenüber traditionellen Energietechnologien bestimmt. Dies hat mehrere Gründe:

· Kein Transport erforderlich;

· RES sind umweltfreundlich und belasten die Umwelt nicht.

· Keine Kraftstoffkosten;

· Unter bestimmten Bedingungen können sich erneuerbare Energien in kleinen autonomen Energiesystemen als wirtschaftlich rentabler erweisen als herkömmliche Ressourcen.

· Bei der Produktion muss kein Wasser verwendet werden.

Windenergie wird seit mehr als 6.000.000 Jahren von Menschen genutzt. Die ersten einfachen Windkraftanlagen wurden bereits in der Antike in Ägypten und China eingesetzt. In Ägypten (in der Nähe von Alexandria) gibt es Überreste von steinernen Trommelwindmühlen aus dem 2.-1. Jahrhundert. Chr e. Bereits 200 v. Chr. wurden in Persien Windmühlen zum Mahlen von Getreide eingesetzt. e. Mühlen dieser Art waren in der islamischen Welt weit verbreitet und wurden im 13. Jahrhundert von den Kreuzfahrern nach Europa gebracht.

Seit dem 13. Jahrhundert sind Windkraftmaschinen in Westeuropa, insbesondere in Holland, Dänemark und England, weit verbreitet, um Wasser zu fördern, Getreide zu mahlen und verschiedene Werkzeugmaschinen anzutreiben.

Windmühlen zur Stromerzeugung wurden im 19. Jahrhundert in Dänemark erfunden. 1890 wurde dort das erste Windkraftwerk errichtet, 1908 gab es bereits 72 Anlagen mit einer Leistung von 5 bis 25 kW. Der größte von ihnen hatte eine Turmhöhe von 24 m und vierflügelige Rotoren mit einem Durchmesser von 23 m.

Allerdings zu Beginn des 19. und 20. Jahrhunderts. NTP hat die Entwicklung der Windenergie verlangsamt. Mineralien wie Öl und Gas haben den Wind als Energiequelle ersetzt. Doch die Menschheit erschöpft die natürlichen Ressourcen der Erde so schnell, dass sich die Frage nach einer Rückkehr zu den Wurzeln, d. h. auf eine neue Stufe in der Entwicklung der Windenergie.

Das drängendste Thema in der Windenergie ist die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen. Es ist sehr wichtig zu wählen richtiger Ort zum Einbau von Einheiten. Hierfür gibt es besondere Merkmale, die es Ihnen ermöglichen, den richtigen Standort auszuwählen. Küstengebiete gelten als die vielversprechendsten Orte für die Energiegewinnung aus Wind. Offshore-Farmen werden im Meer in einer Entfernung von 10–12 km (manchmal auch weiter) von der Küste gebaut. Die Fundamente von Windkrafttürmen bestehen aus bis zu 30 Meter tiefen Pfählen. Es können auch andere Arten von Unterwasserfundamenten sowie schwimmende Fundamente verwendet werden.

Vergessen Sie nicht, dass die Energieproduktivität von zwei Hauptfaktoren abhängt: Windrichtung und -geschwindigkeit.

Die Windgeschwindigkeit ist das Haupthindernis für die Entwicklung der Windenergie. Wind zeichnet sich nicht nur durch langfristige und saisonale Variabilität aus. Er kann für sehr kurze Zeit Geschwindigkeit und Richtung ändern. Kurzfristige Schwankungen der Windgeschwindigkeit werden teilweise durch die Windkraftanlage selbst ausgeglichen, insbesondere bei hohen Windgeschwindigkeiten, wenn sie beginnt, ihre Rotation zu verlangsamen (normalerweise nach 13-15 m/s). Längerfristige Änderungen oder Abnahmen der Windgeschwindigkeit wirken sich jedoch auf die Leistung der Windenergieanlage und des gesamten Windparks insgesamt aus. In der modernen Windenergie wird dieser Nachteil jedoch dadurch minimiert, dass die Windüberwachung, die bereits in der Vorentwurfsphase beginnt, auch in Zukunft durchgeführt wird. Die akkumulierte Windpotenzialdatenbank ermöglicht es, die Leistung eines Windparks bereits im 2. Betriebsjahr 24 Stunden im Voraus mit einer für elektrische Netze ausreichend hohen Genauigkeit vorherzusagen.

Alle Windkraftanlagen können in zwei große Typen unterteilt werden: mit vertikaler Rotordrehachse und mit horizontaler.

Windparks mit vertikaler Drehachse (auf der vertikalen Achse ist ein Rad „montiert“, an dem „Empfangsflächen“ für den Wind angebracht sind) können im Gegensatz zu Flügelwindparks in jeder Windrichtung betrieben werden, ohne ihre Position zu ändern. Windkraftanlagen dieser Gruppe laufen langsam und verursachen daher nicht viel Lärm. Sie verwenden mehrpolige elektrische Generatoren, die mit niedriger Drehzahl arbeiten, was den Einsatz einfacher Stromkreise ohne Unfallgefahr durch einen zufälligen Windstoß ermöglicht. Die Hauptnachteile solcher Anlagen sind ihre kurze Rotationsdauer und ihr geringer Wirkungsgrad im Vergleich zu horizontalen Windparks. Zu den Nebenwirkungen des Betriebs solcher Anlagen gehört das Vorhandensein niederfrequenter Vibrationen, die durch Rotorunwucht entstehen.

Der Windenergiemarkt ist einer der sich am dynamischsten entwickelnden Märkte weltweit. Ihr Wachstum betrug im Jahr 2009 31 %. Bisher hat sich die Windenergie in den EU-Ländern am dynamischsten entwickelt, doch heute beginnt sich dieser Trend zu ändern. In den USA und Kanada gibt es einen Aktivitätsschub, während in Asien und Südamerika neue Märkte entstehen. In Asien verzeichneten sowohl Indien als auch China im Jahr 2005 Rekordwachstumsraten.

Derzeit beschäftigen sich mehr als 300 Unternehmen mit der industriellen Produktion von VUE. Die am weitesten entwickelten Industrien befinden sich in Dänemark, Deutschland und den USA. Die Serienproduktion von Windkraftanlagen wird in den Niederlanden, Großbritannien, Italien und anderen Ländern entwickelt.

Schon seit langem nutzt der Mensch die Energie des Wassers und seiner Strömung für seine Bedürfnisse. Daher reicht die Geschichte der Wasserkraft bis in die Antike zurück: Schon die alten Griechen nutzten Wasserräder zum Mahlen von Getreide. Im Laufe der Zeit verbesserte sich die Technologie und im 19. Jahrhundert wurde die erste Wasserturbine erfunden. Es wurde getrennt von zwei Wissenschaftlern erstellt: dem russischen Forscher I. Safonov im Jahr 1837 und dem französischen Wissenschaftler Fourneuron im Jahr 1834. Als Erfinder der Wasserturbine, man könnte sogar sagen des ersten Wasserkraftwerks, gilt M. Dolivo-Dobrovolsky. Er stellte seine Erfindung auf einer Ausstellung in Frankfurt vor. Es bestand aus einem Drehstromgenerator, der von einer Wasserturbine in Rotation versetzt wurde und dessen erzeugter Strom über 170 Kilometer lange Leitungen in das gesamte Ausstellungsgelände übertragen wurde. Derzeit macht Wasserenergie mehr als 60 Prozent aller erneuerbaren Energiequellen aus und ist die produktivste von allen (der Wirkungsgrad moderner Wasserkraftwerke liegt bei etwa 85-95 %). Danach beginnt weltweit ein „Wasserkraftboom“.

Die Hauptgründe für eine so rasante Entwicklung der Wasserkraft sind die ständige Erneuerung der Ressourcen durch den Wasserkreislauf in der Natur und die relativ einfachen Mechanismen der Energiegewinnung selbst. Allerdings ist der Bau und die Installation von Wasserkraftwerken oft ein sehr arbeits- und kapitalintensiver Prozess. Dies gilt insbesondere für den Bau von Staudämmen und die Ansammlung riesiger Wassermassen dahinter. Erwähnenswert ist auch, dass die Wasserkrafterzeugung ein umweltfreundlicher Prozess ist. Doch bisher dient nur ein kleiner Teil des Wasserkraftpotenzials der Erde den Menschen. Jedes Jahr fließen riesige Wasserströme, die durch Regen und schmelzenden Schnee entstehen, ungenutzt in die Meere. Wenn es gelänge, sie mit Hilfe von Staudämmen aufzuhalten, würde die Menschheit eine zusätzliche enorme Energiemenge erhalten.

Wenn wir den Betrieb eines Wasserkraftwerks beschreiben, besteht sein Prinzip darin, Energie durch eine Turbine zu erzeugen, die mit Hilfe von aus unbestimmter Höhe fallendem Wasser gedreht wird. Eine hydraulische Turbine wandelt die Energie von unter Druck stehendem Wasser in Wasser um mechanische Energie Wellendrehung. Es gibt verschiedene Bauformen von Wasserturbinen, die unterschiedliche Durchflussmengen und unterschiedliche Wasserdrücke erfordern, aber alle haben nur zwei Schaufelkränze. Die Rotationsachse einer für hohen Durchfluss und niedrigen Druck ausgelegten Turbine liegt normalerweise horizontal. Solche Turbinen werden Axial- oder Propellerturbinen genannt. Bei allen großen Axialturbinen können die Laufradschaufeln entsprechend Druckänderungen gedreht werden, was besonders bei Gezeitenwasserkraftwerken von Vorteil ist, die immer unter wechselnden Druckbedingungen arbeiten. Abhängig vom Druck des Wasserflusses im Wasserkraftwerk werden Turbinen installiert.

Wasserkraftwerke werden je nach erzeugter Leistung unterteilt:

· Leistungsstark – produzieren von 25 MW bis 250 MW und mehr;

· Mittel – bis zu 25 MW;

· Kleine Wasserkraftwerke – bis zu 5 MW.

Die Leistung eines Wasserkraftwerks hängt direkt vom Wasserdruck sowie vom Wirkungsgrad des verwendeten Generators ab. Aufgrund der Tatsache, dass sich der Wasserstand naturgesetzlich je nach Jahreszeit ständig ändert, sowie aus einer Reihe anderer Gründe ist es üblich, die zyklische Leistung als Ausdruck der Leistung eines Wasserkraftwerks zu verstehen . Beispielsweise gibt es jährliche, monatliche, wöchentliche oder tägliche Betriebszyklen eines Wasserkraftwerks.

Wasserkraftwerke können je nach Zweck auch zusätzliche Bauwerke umfassen, wie z. B. Schleusen oder Schiffshebewerke, die die Navigation durch einen Stausee erleichtern, Fischpässe, Wassereinlassbauwerke zur Bewässerung und vieles mehr.

Derzeit sind Norwegen, China, Kanada und Russland führend in der Wasserkraftproduktion. Island ist Spitzenreiter bei der Menge an Wasserenergie pro Kopf.

Die Sonne ist eine der größten Strahlungsquellen in unserem Universum. Und deshalb ist es kein Zufall, dass die Energie eines Sterns zunehmend von Menschen zur Umwandlung in Strom genutzt wird. Tatsächlich hat die Strahlung der Sonne, die die gesamte Erdoberfläche erreicht, eine kolossale Leistung von 1,2 * 10 14 kW. Und manchmal ist es schade, dass ein großer Teil dieser Energie verschwendet wird, insbesondere wenn ihre Menge die Ressourcen aller anderen erneuerbaren Energiequellen zusammen um ein Vielfaches übersteigt. Daher hat sich in den letzten Jahren zunehmend die Solarenergie entwickelt, die Sonnenstrahlung zur Stromerzeugung nutzt.

Mit Hilfe von Solarwärme ist es jedoch nicht nur möglich, Strom zu erzeugen, sondern auch für Wärmeleitfähigkeit zu sorgen. Dies ist dank Solarkollektoren möglich, in denen Wasser mithilfe von Sonnenstrahlung erhitzt wird. Und jetzt können damit beliebige Strukturen beheizt werden.

Genau wie bei der Windenergie ist es auch bei Solarkraftwerken sehr wichtig, den richtigen Ort für ihren Bau zu wählen. Wir sollten nicht vergessen, dass die Sonnenstrahlen viele Hindernisse überwinden, bevor sie die Erdoberfläche erreichen. Dazu gehört zunächst die Atmosphäre und insbesondere die Ozonschicht. Ihr ist es zu verdanken, dass Leben auf der Erde grundsätzlich möglich ist, da sie keine ultraviolette Strahlung durchlässt, die für alle Lebewesen schädlich ist. Eine wichtige Rolle spielen auch in der Atmosphäre enthaltene Partikel von Wasserdampf, Staub, Gasverunreinigungen und anderen Aerosolen. Sie leiten Strahlung teilweise ab.

Im Allgemeinen hängt die Menge der Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, ab von:

· Klimatische Merkmale des Territoriums;

· Höhen des Empfangsstandorts über dem Meeresspiegel;

· Höhen der Sonne über dem Horizont usw.

Die gesamte, die Erde erreichende Strahlung teilt sich auf in:

· Direkte Strahlung, die die Erde erreicht;

Basierend auf diesen Werten wird die Gesamtstrahlungsbilanz der Erde erstellt, aus der der größte Teil der Strahlung stammt gute Orte für den Standort von Solarstationen.

Sie können wie folgt klassifiziert werden:

· Die Art der Umwandlung von Sonnenenergie in ihre anderen Formen – Wärme oder Strom

Energie konzentrieren – mit oder ohne Konzentratoren

· Technische Komplexität – einfach und komplex

Zu den einfachen Installationen gehören Entsalzungsanlagen, Warmwasserbereiter, Trockner, Ofenheizungen usw.

Zu den komplexen gehören Anlagen, die mithilfe von Photovoltaikanlagen einfallende Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln.

Einer der Spitzenreiter bei der Nutzung von Solarenergie ist die Schweiz. IN dieser Moment Das Land entwickelt derzeit ein Programm zum Bau von Solarstationen. Es gibt auch einen Trend zur Produktion von Solarmodulen, die auf Gebäudedächern oder als Fassaden installiert werden. Solche Anlagen können 50...70 % der für die Produktion aufgewendeten Energie kompensieren

Zur Biomasse zählen alle Stoffe organischen Ursprungs.

1. Holz. Seit vielen tausend Jahren verwenden Menschen Brennholz zum Heizen, Kochen und für die Beleuchtung ihres Zuhauses. Und diese Art der Energiegewinnung wird traditionell immer noch in kleinen Siedlungen genutzt. Leider führt dies alles zu einem der größten Probleme der Welt – der Entwaldung. Dieses Problem wird jedoch durch die Nutzung der Energie schnell wachsender Bäume wie Pappeln, Weiden usw. gelöst.

2. Klärschlamm. Wenn man darüber nachdenkt, schlummern in den vom Menschen genutzten Gewässern riesige Energiereserven. Wenn sich die Flüssigkeit absetzt, entsteht eine große Menge an Feststoffen, die bei der Verarbeitung durch anaerobe Bakterien etwa 50 % organische Stoffe enthalten können. Allerdings gibt es erhebliche Schwierigkeiten bei der Abwasserbehandlung. Der wichtigste ist die Trocknung dieser Wässer, da hierfür viel Wärme benötigt wird, die in ihren quantitativen Eigenschaften die theoretischen Energiewerte für die vollständige Verbrennung des abgesetzten Stoffes übersteigen kann. Auch aus Umweltgesichtspunkten ist dieses Verfahren nicht kosteneffektiv. Schließlich wird es beim Verbrennen freigesetzt große Menge Kohlendioxid. Die richtigste Option ist in diesem Fall die Produktion von Methan mithilfe anaerober Bakterien. Die Einstellungen hierfür sind jedoch sehr unvollkommen, so auch diese Methode moderne Zeiten findet keine große Beachtung.

3. Viehabfälle. Tierkot enthält große Mengen an organischer Substanz, die zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Allerdings enthält Gülle, genau wie Abwasser, viel Feuchtigkeit, sodass eine Trocknung nicht vorteilhaft ist. Dann gibt es noch eine andere Möglichkeit – die anaerobe Verrottung. Mit seiner Hilfe entsteht Methan, dessen verbleibende Stoffe als Düngemittel für Böden genutzt werden können. Es ist jedoch zu bedenken, dass die Menge der verarbeiteten Substanz in frischem Mist viel größer ist. Damit die Verarbeitung wirtschaftlich rentabel ist, sind daher spezielle Gebäude erforderlich, mit denen Sie alle Exkremente an einem Ort sammeln können, ohne ihre Frische zu verlieren.

4. Pflanzenreste. Nach der Ernte bleiben immer ungenutzte Pflanzenteile übrig. Sie stellen eine weitere Energiequelle dar. Sie enthalten Cellulose, ein kohlenstoffhaltiges Kohlenhydrat. Aufgrund der relativ geringen Feuchtigkeitsmenge in den Überresten wird bei der Verbrennung viel Energie freigesetzt. Der limitierende Faktor bei der Entwicklung dieser Energiequelle ist die Saisonalität des Pflanzenwachstums. Um eine ganzjährige Nutzung der Pflanzenreste zu gewährleisten, sind spezielle Einrichtungen für deren Wachstum erforderlich. Wichtige Faktoren sind auch die Notwendigkeit des Transports zum Verarbeitungsort und die Leichtigkeit der Ernte.

5. Lebensmittelverschwendung. Sie können auch als Energiequelle dienen. Insbesondere wenn man bedenkt, dass beispielsweise Obstabfälle mehr kohlenstoffhaltigen Zucker enthalten als Getreiderückstände und Fleischproduktrückstände einen erheblichen Anteil an Protein enthalten. Allerdings erschwert die Anwesenheit von Feuchtigkeit die Gewinnung von Energie durch die Verbrennung von Abfällen. Daher ist es sinnvoller, aus ihnen mithilfe von Bakterien Methan zu gewinnen. Doch hier entsteht eine weitere Schwierigkeit: Lebensmittelabfälle werden erfolgreich in der Tierhaltung eingesetzt. Daher ist diese Quelle in unserer Zeit praktisch nicht erschlossen. Ausgenommen sind lediglich Abfälle in Form von Samen und Schalen sowie Rückstände aus Zuckerrohr. In Ländern, in denen beispielsweise viel Zuckerrohr angebaut wird, werden dessen Abfälle zur Herstellung von Ethanol verwendet, das bei der Verbrennung eine große Menge Energie freisetzt. Das auffälligste Beispiel sind die Hawaii-Inseln.

Klassifizierung erneuerbarer Energiequellen

Arten erneuerbarer Energien

Zu den erneuerbaren Energiequellen, deren Ressourcen mit der Nutzung nicht abnehmen, gehören: Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Gezeiten- und Wellenenergie sowie Biomasseenergie. Alle diese Energiearten sind solaren Ursprungs. Wasserkraft wird in großen Mengen zur Stromerzeugung genutzt und gehört daher nicht zu den nichttraditionellen Quellen, mit Ausnahme kleiner Wasserkraftwerke.

Zu den erneuerbaren Energiequellen gehört in der Regel Geothermie – die Tiefenwärme der Erde, die dadurch im Erdinneren entsteht chemische Reaktionen, Zerfall radioaktiver Elemente und andere Prozesse.

Die stärkste Quelle erneuerbarer Energie ist die Sonnenstrahlung. Es wird angenommen, dass ein Quadratmeter der Erdoberfläche durchschnittlich etwa 150 W Sonnenstrahlung ausmacht. Die Energie, die die Sonnenstrahlen einer Landfläche von 100´100 km 2 liefern, ist vergleichbar mit der installierten Leistung aller Kraftwerke auf dem Planeten.

Allerdings ist die Umwandlung von Solarenergie, aber auch anderer erneuerbarer Energiearten, in elektrische Energie mit hohen Kosten verbunden. Dies ist hauptsächlich auf die geringe Energiedichte zurückzuführen, die in jeder erneuerbaren Quelle gespeichert ist.

Ein weiterer Nachteil erneuerbarer Energiequellen ist die Ungleichmäßigkeit der Energieversorgung. Die Nacht brach herein oder die Sonne verschwand hinter den Wolken – die Energieversorgung ging stark zurück.

Dennoch hat die Nutzung nicht-traditioneller erneuerbarer Energiequellen (NRES) heute weltweit ein industrielles Niveau erreicht, was sich in der Energiebilanz einer Reihe von Ländern bemerkbar macht. Der Umfang der Nutzung erneuerbarer Energiequellen nimmt weltweit kontinuierlich und intensiv zu. Im Jahr 2012 belief sich die Kapazität von Kraftwerken, die erneuerbare Energiequellen nutzen, nach Angaben der Russischen Akademie der Wissenschaften auf 990 GW, was mehr ist als die Kapazität aller Kernkraftwerke. Dieser Bereich ist einer der sich am dynamischsten entwickelnden Bereiche im Energiesektor. Im Jahr 2012 betrug das Investitionsvolumen in erneuerbare Energiequellen. 244 Milliarden US-Dollar.

Einen wesentlichen Impuls für die Entwicklung erneuerbarer Energiequellen in vielen westlichen Ländern gab die Ölkrise von 1973, die diesen Bereich im Wesentlichen von der Phase verstreuter Forschungsarbeiten in die Phase der Umsetzung gezielter staatlicher F&E-Programme und der Erstellung von Prototypen überführte Prototypen von Geräten und Demonstrationsanlagen zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Diese Werke waren Bestandteil Energiesparmaßnahmen zur Verringerung der Abhängigkeit von importierten Erdölprodukten.

Als sich der Ölmarkt stabilisierte und die Weltölpreise in den 80er Jahren sanken, wurden Umwelterwägungen zum Hauptanreiz für die Entwicklung erneuerbarer Energiequellen, da die Umweltideologie zu dieser Zeit in den entwickelten Ländern fest im öffentlichen Bewusstsein verankert war. Generell gilt die Nutzung erneuerbarer Energiequellen als alternative Backup-Technologie im Energiebereich, deren Weiterentwicklung notwendig ist, da nicht im Voraus bekannt ist, wann und welche weitreichenden Beschränkungen für herkömmliche Brennstoffe gelten können und Kernenergie aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Umwelt. Daher gilt dieser Bereich in vielen Ländern als einer der vorrangigen Bereiche im Energiesektor. Im Jahr 2012 verfügten 138 Länder über Entwicklungsprogramme für erneuerbare Energien.

Die Entwicklung dieses Gebiets wird durch das gesetzliche Recht zum Anschluss erneuerbarer Energiequellen an die Stromnetze von Energieversorgungsunternehmen und den Verkauf von Strom, steuerliche Anreize und staatliche Programme zur Finanzierung von Forschungsarbeiten zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen unterstützt.

Die höchste Priorität in Bezug auf das Finanzierungsvolumen haben erneuerbare Energiequellen auf Basis von Solarenergie (100 Milliarden US-Dollar), gefolgt von Windenergie (80 Milliarden US-Dollar), Biomasse sowie kleinen Wasserkraftwerken und Meeresenergie, die die Liste schließen.

Derzeit beträgt die installierte Gesamtleistung von Solarkraftwerken mehr als 100 GW, von Geothermiekraftwerken mehr als 6000 MW, von Windkraftanlagen mehr als 280 GW und von Gezeitenkraftwerken mehr als 250 MW.

Die Erfolge Russlands in diesem Bereich sind bescheidener. Und das, obwohl bereits in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts im Energieinstitut der Akademie der Wissenschaften auf Initiative von G.M. Krzhizhanovsky begann mit der Erforschung erneuerbarer Energiequellen, die vor allem auf die Nutzung von Sonnen- und Windenergie abzielten, und in den 40er Jahren wurde am Institut ein Speziallabor für die Forschung in diesem Bereich eingerichtet.

Die Schätzung des wirtschaftlichen Potenzials erneuerbarer Energiequellen in Russland liegt bei etwa 250 Millionen Tonnen gleichwertiger Brennstoffe. pro Jahr, einschließlich Geothermie – 115, Kleinwasserkraft – 65, Biomasseenergie – 35, minderwertige Wärme – 32, Solarenergie – 12, Windenergie – 10.

Arten erneuerbarer Energien

7 Erneuerbare Energiequellen

7.1. Erneuerbare Energie

Tabelle 7.1 – Potenzielle Reserven der Energiequellen auf der Erde

Energie aus fossilen Brennstoffen

Energie aus den Sonnenstrahlen

Energie der Meere und Ozeane

Energie der inneren Wärme der Erde

Die Europäische Gemeinschaft aus Sicht der Energieversorgung. So wie die jährlich produzierte Strommenge in jedem EU-Mitgliedsstaat unterschiedlich ist, so variiert auch die Rolle der einzelnen Energieträger in diesen Ländern.

Tabelle 7.2. Alternatives Energiepotenzial der Ukraine

Index

Installierte Leistung, Millionen kW

Stromerzeugung, Milliarden kWh

Kraftstoffeinsparungen: konventionell betrachtet Millionen Tonnen

Solarkollektoren zur Hausversorgung heißes Wasser;

Photovoltaik-Solarmodule (insbesondere in ländlichen Gebieten);

solarthermische Kraftwerke (langfristig).

Photovoltaik-(Solar-)Module können Haushalte mit Strom versorgen. Die kleinen, leicht dehnbaren Panels können ohne große Kraftwerke oder Stromkabel Strom für Städte auf der ganzen Welt erzeugen. Riesige Sätze solcher Batterien können so viel Strom produzieren wie ein kleines Kraftwerk. Heute, von mindestens Zwei Dutzend US-Unternehmen nutzen in ihren Betrieben Photovoltaikmodule. Im Jahr 1990 begann Florida mit dem Verkauf von Gebäuden, die durch auf ihren Dächern installierte Solarpaneele mit Strom versorgt wurden. Obwohl Solaranlagen etwa ein Drittel der Kosten eines jeden Hauses ausmachen, amortisieren sie sich über die Stromrechnung. Neue Technologien ermöglichen die Integration von Solarmodulen in das Dachmaterial von Dächern.

Das Arbeitsmedium in den Kollektoren ist Wasser, im Winter eine wässrig-alkoholische Lösung. Der Wirkungsgrad der Nutzung der auf den Empfänger einfallenden Strahlung beträgt 20 % bis 35 %, der erzeugte Strom beträgt 10 % bis 30 % der effektiv einfallenden Strahlung. Ein schematisches Diagramm einer solchen Installation ist in Abb. 7.4 dargestellt.

Derzeit wurden Solarturmprojekte für 12 MW, 100 MW (USA) entwickelt, ihre Kosten liegen deutlich unter denen von Salar-1 und es besteht die Aussicht auf eine weitere Kostensenkung (Southern California Edison Company usw.). Solarenergietürme wurden in Spanien (Almeria), Sizilien (Adrano), Frankreich (Telnes) und Japan (Nio Town) gebaut, sie sind jedoch etwas kleiner als Salar-1.

7.2.2. Direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie

Der einzige Nachteil von Solarmodulen bleibt bisher der relativ hohe Preis (8-12 Cent pro Kilowattstunde), aber viele Unternehmen arbeiten daran, die Kosten für die Herstellung von Solarzellen zu senken. Ein deutsches Unternehmen hat erfolgreich ein solarelektrisches Fenster getestet; Technologien zur Installation von Solarzellen an Fassaden von Gebäuden und Bauwerken werden entwickelt. Solarzellenkomplexe sind eine ideale Technologie zur Elektrifizierung ländlicher Gebiete. In Indien wurden in 38.000 Dörfern Solarpaneele installiert, in Simbabwe in 2.500 Dörfern. Mehr als 200.000 Solarzellenkomplexe sind auf den Dächern von Häusern in Südafrika, Sri Lanka, der Dominikanischen Republik und anderen unterentwickelten Ländern installiert, in Norwegen – 50.000, in den USA – etwa 100.000.

7.2.3. Potenziale und Perspektiven für die Nutzung der Solarenergie

7.3. Windkraft und Kleinwasserkraft

7.3.1. Potenzial und Perspektiven für die Entwicklung der Windenergie

Die Dampftraktion liefert immer noch einen Großteil der Energie, die wir benötigen. Sogar das Beste von heute Kernreaktoren nur.

Merkmale erneuerbarer Energiequellen und Hauptaspekte ihrer Nutzung in Russland

Erneuerbare Energie

Dabei handelt es sich um Energiearten, die in der Biosphäre der Erde ständig erneuert werden. Hierzu zählen Energie aus Sonne, Wind, Wasser (inkl. Abwasser)

PÄDAGOGISCHES PROBLEM DER SCHULE

Valeologische Ausrichtung von Bildungs- und Bildungsprozess in einer Bildungseinrichtung

BILDUNGSZIELE DER SCHULE

Eine aktive bürgerliche Position, Gefühle von Patriotismus und Nationalstolz sowie eine positive Einstellung gegenüber der Vielfalt der Kulturen entwickeln.

Verbessern Sie die Aktivitäten der studentischen Selbstverwaltung, um im Prozess der Aktivität und kommunikativen Interaktion positive soziale Qualitäten zu bilden.

Schaffung eines gesundheitsschonenden Umfelds durch Verbesserung der Organisation außerschulischer Aktivitäten der Studierenden.

Verbessern zusammen arbeiten Familien und Schulen, um eine wettbewerbsfähige, sozial angepasste Persönlichkeit zu erziehen.

Eigenschaften erneuerbarer Energiequellen

und die Hauptaspekte ihrer Verwendung in Russland

1 Erneuerbare Energiequellen

Dabei handelt es sich um Energiearten, die in der Biosphäre der Erde ständig erneuert werden. Hierzu zählen Solar-, Wind-, Wasser- (einschließlich Abwasser-)Energie, mit Ausnahme der Nutzung dieser Energie in Pumpspeicherkraftwerken. Die Energie von Gezeiten und Wellen von Gewässern, einschließlich Stauseen, Flüssen, Meeren und Ozeanen. Geothermie mit natürlichen unterirdischen Kühlmitteln. Geringes Potenzial Wärmeenergie Erde, Luft, Wasser mit speziellen Kühlmitteln. Biomasse, zu der speziell für die Energieerzeugung angebaute Pflanzen, einschließlich Bäume, sowie Produktions- und Verbrauchsabfälle gehören, mit Ausnahme von Abfällen, die bei der Verwendung von Kohlenwasserstoff-Rohstoffen und Kraftstoffen entstehen. Und auch Biogas; Gas, das durch Produktions- und Verbrauchsabfälle auf Deponien für solche Abfälle emittiert wird; Gas aus dem Kohlebergbau.

Auch eine Energiegewinnung auf Basis der Nutzung von Wellenenergie, Meeresströmungen und dem thermischen Gradienten der Ozeane (Wasserkraftwerke mit einer installierten Leistung von mehr als 25 MW) ist theoretisch möglich. Aber bisher hat es keine Verbreitung gefunden.

Die Fähigkeit von Energiequellen, sich zu erneuern, bedeutet nicht, dass ein Perpetuum Mobile erfunden wurde. Erneuerbare Energiequellen (RES) nutzen die Energie der Sonne, Wärme, das Erdinnere und die Erdrotation. Wenn die Sonne ausgeht, kühlt die Erde ab und die erneuerbaren Energiequellen funktionieren nicht mehr.

2 Vorteile erneuerbarer Energiequellen im Vergleich zu herkömmlichen

Traditionelle Energie basiert auf der Nutzung fossiler Brennstoffe, deren Reserven begrenzt sind. Dies hängt von der Menge der Lieferungen und der Höhe der Preise dafür sowie von den Marktbedingungen ab.

Erneuerbare Energie basiert auf einer Vielzahl natürlicher Ressourcen, was es uns ermöglicht, nicht erneuerbare Quellen zu schonen und sie in anderen Wirtschaftszweigen zu nutzen sowie umweltfreundliche Energie für zukünftige Generationen zu bewahren.

Die Unabhängigkeit erneuerbarer Energiequellen vom Brennstoff gewährleistet die Energiesicherheit des Landes und die Stabilität der Strompreise

Erneuerbare Energieträger sind umweltfreundlich: Während ihres Betriebs entstehen praktisch keine Abfälle oder Schadstoffemissionen in die Atmosphäre oder Gewässer. Mit der Gewinnung, Verarbeitung und dem Transport fossiler Brennstoffe sind keine Umweltkosten verbunden.

In den meisten Fällen lassen sich EE-Kraftwerke leicht automatisieren und können ohne direkten menschlichen Eingriff betrieben werden.

Erneuerbare Energietechnologien implementieren die neuesten Errungenschaften vieler wissenschaftlicher Bereiche und Industrien: Meteorologie, Aerodynamik, elektrische Energie, thermische Energietechnik, Generator- und Turbinenbau, Mikroelektronik, Leistungselektronik, Nanotechnologie, Materialwissenschaften usw. Die Entwicklung von High-Tech-Technologien macht Durch den Erhalt und Ausbau der wissenschaftlichen, produktiven und betrieblichen Energieinfrastruktur sowie den Export von High-Tech-Geräten können zusätzliche Arbeitsplätze geschaffen werden.

3 Die häufigsten erneuerbaren Energiequellen

Sowohl in Russland als auch auf der Welt ist dies Wasserkraft. Etwa 20 % der weltweiten Stromerzeugung stammen aus Wasserkraftwerken.

Die globale Windenergiebranche entwickelt sich aktiv weiter: Die Gesamtkapazität der Windgeneratoren verdoppelt sich alle vier Jahre und beträgt mehr als 150.000 MW. In vielen Ländern hat die Windenergie eine starke Stellung. So werden in Dänemark mehr als 20 % des Stroms durch Windenergie erzeugt.

Der Anteil der Solarenergie ist relativ gering (ca. 0,1 % der weltweiten Stromproduktion), weist aber einen positiven Wachstumstrend auf.

Geothermie ist von lokaler Bedeutung. Insbesondere in Island erzeugen solche Kraftwerke etwa 25 % des Stroms.

Die Gezeitenenergie hat noch keine nennenswerte Entwicklung erfahren und wird durch mehrere Pilotprojekte repräsentiert.

4 Stand der erneuerbaren Energien in Russland

Diese Energieart wird in Russland hauptsächlich durch große Wasserkraftwerke repräsentiert, die etwa 19 % der Stromproduktion des Landes liefern. Andere Arten erneuerbarer Energiequellen sind in Russland noch kaum sichtbar, obwohl sie in einigen Regionen, beispielsweise in Kamtschatka und auf den Kurilen, für die lokalen Energiesysteme von erheblicher Bedeutung sind. Die Gesamtkapazität kleiner Wasserkraftwerke beträgt etwa 250 MW, Geothermiekraftwerke etwa 80 MW. Die Windenergie ist mit mehreren Pilotprojekten mit einer Gesamtleistung von weniger als 13 MW aufgestellt. Die Gezeitenenergie wird durch die Fähigkeiten des experimentellen TPP Kislogubskaya begrenzt.

Überblick über erneuerbare Energien

5 Solarenergie

Unter Solarenergie versteht man die Nutzung der Sonnenstrahlung zur Erzeugung von Energie in jeglicher Form. Solarenergie nutzt eine erneuerbare Energiequelle und kann in Zukunft umweltfreundlich sein, das heißt, sie produziert keinen schädlichen Abfall.

Vor- und Nachteile der Solarenergie

VorteileÖffentliche Zugänglichkeit und Unerschöpflichkeit der Quelle. Theoretisch völlige Sicherheit für die Umwelt (aktuell jedoch bei der Herstellung von Solarzellen und in ihnen selbst, Schadstoffe). Es besteht die Möglichkeit, dass die weit verbreitete Einführung der Solarenergie die Albedo verändern könnte Erdoberfläche und zum Klimawandel führen (allerdings mit modernes Niveau Energieverbrauch ist äußerst unwahrscheinlich).

Das Solarkraftwerk arbeitet nachts nicht und arbeitet in der Morgen- und Abenddämmerung nicht effizient genug.

Die hohen Kosten für Solarfotozellen. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird dieser Nachteil wahrscheinlich überwunden. 1990-2005 Die Preise für Solarzellen sanken um durchschnittlich 4 % pro Jahr.

Unzureichender Wirkungsgrad der Solarzellen (wird wahrscheinlich bald erhöht).

Die Oberfläche von Fotopaneelen muss von Staub und anderen Verunreinigungen gereinigt werden. Angesichts ihrer Fläche von mehreren Quadratkilometern kann dies zu Schwierigkeiten führen.

Der Wirkungsgrad von Photovoltaikzellen nimmt bei Erwärmung merklich ab, daher ist der Einbau von Kühlsystemen, meist Wasser, erforderlich.

Nach 30 Betriebsjahren beginnt die Effizienz von Photovoltaikzellen zu sinken.

Heutzutage wird Solarenergie häufig dort eingesetzt, wo die geringe Verfügbarkeit anderer Energiequellen in Kombination mit der Fülle an Sonneneinstrahlung dies wirtschaftlich rechtfertigt. In Russland existiert Solarenergie nur in Form kleiner autonomer Stromversorgungsanlagen, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind und von Einzelpersonen und kleinen Organisationen genutzt werden.

Wind ist eine Luftströmung, die sich relativ zur Erdoberfläche mit einer Geschwindigkeit von über 0,6 m/s bewegt.

Winde über große Gebiete bilden ausgedehnte Luftströmungen – Monsune, Passatwinde, die die allgemeine und lokale Zirkulation der Atmosphäre ausmachen.

Windkraft- ein Energiezweig, der sich auf die Nutzung der Windenergie spezialisiert hat – der kinetischen Energie der Luftmassen in der Atmosphäre. Windenergie wird als erneuerbare Energieform eingestuft, da sie eine Folge der Aktivität der Sonne ist.

Energieerzeugung mit Windgeneratoren Ein Windgenerator (kurz Windkraftanlage oder Windkraftanlage) ist eine Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in elektrische Energie. Die Leistung moderner Windgeneratoren erreicht 6 MW.

Vor- und Nachteile von Windgeneratoren

— Umweltfreundliche Energieform

Windenergie ist die beste Lösung für schwer zugängliche Orte.

Relativ geringe Leistungsabgabe

Windenergie ist der am weitesten entwickelte Bereich praktischer Nutzen natürliche erneuerbare Energieressourcen. Weltweit führend in der Windenergie sind die USA, Deutschland, die Niederlande, Dänemark und Indien. Derzeit sind in Russland neue Organisationen im Bereich Windenergie entstanden und die Zusammenarbeit mit ausländischen Partnern wird schrittweise aufgebaut.

In Russland gibt es laut Experten eine einzigartige Kombination günstiger Faktoren für die Entwicklung der Windenergie:

reichhaltiges und gut untersuchtes Windpotenzial (127 TWh);

große Mengen an Energieverbrauch, die mit den klimatischen Bedingungen und der Wirtschaftsstruktur verbunden sind.

Derzeit werden auf fast dem gesamten Staatsgebiet zahlreiche Projekte zum Bau von Windkraftanlagen (WKW) mit meist einer Leistung von jeweils 100 bis 300 MW entwickelt und umgesetzt, wobei sich die meisten auf den Norden konzentrieren -westlich und südlich des europäischen Teils Russlands: Gebiet Leningrad; Region Pskow; Region Rostow und Nordkaukasus(Port Kawkas, Anapa, Temrjuk, Karatschai-Tscherkessien); Orenburg; Russische Insel in Primorje. Insgesamt gibt es in Russland 20 bis 25 Windparkprojekte in unterschiedlichen Fortschrittsstadien.

Geothermie ist die Erzeugung von Strom und Wärmeenergie aus der im Erdinneren enthaltenen Wärmeenergie. Bezieht sich typischerweise auf alternative Energiequellen, erneuerbare Energiequellen.

Die thermische Energie des Inneren entsteht durch die Spaltung von Radionukliden in der Mitte des Planeten. Diese umweltfreundliche und ständig erneuerte Energiequelle kann in Regionen mit vulkanischen Erscheinungen und geologischen Anomalien genutzt werden, wenn Wasser nahe der Erdoberfläche bis zum Siedepunkt erhitzt wird, wodurch Wasserdampf Turbinen zur Stromerzeugung zugeführt werden kann . Heißes Wasser aus natürlichen Quellen (Geysiren) kann direkt genutzt werden.

Allerdings wird die Wärme der Erde sehr stark „abgeführt“ und in den meisten Gegenden der Welt kann nur ein sehr kleiner Teil der Energie für den Menschen gewinnbringend genutzt werden. Davon entfallen etwa 1 % der gesamten Wärmekapazität der oberen 10 km der Erdkruste auf nutzbare geothermische Ressourcen.

Biogas- ein Gas, das durch Methanfermentation von Biomasse entsteht. Durch die biochemische Reaktion, an der Methanbakterien beteiligt sind, wird Biogas freigesetzt, dessen Hauptbestandteile sind: Methan (CH4, ca. 70 %), Kohlendioxid (CO2, ca. 30 %) und eine gewisse Menge h3, h3S, N2. Der Heizwert dieses Gasgemisches liegt je nach Zusammensetzung des organischen Abfalls zwischen 5000 und 8000 Kcal/m3.

Merkmale erneuerbarer Energiequellen und Hauptaspekte ihrer Nutzung in Russland

In den letzten Jahrzehnten ist die Nutzung erneuerbarer Energiequellen zunehmend zum Thema verschiedener wissenschaftlicher Studien, Tagungen und Versammlungen geworden. Den Menschen wird zunehmend klar, dass wir durch den Abbau von Ressourcen für uns selbst dem Planeten irreversiblen Schaden zufügen. Und mit der Entwicklung des technischen Fortschritts benötigt die Menschheit immer mehr Energie. Während Versuchsanlagen, die Wind- oder Sonnenenergie in elektrische und thermische Energie umwandelten, vor ein paar Jahrzehnten für sarkastisches Lächeln sorgten, sind diese Ressourcen heute bereits weit verbreitet und ziemlich alltäglich geworden.

Aber nicht jeder weiß, dass in den Designs vieler moderner Geräte Technologien zum Einsatz kommen, die nicht-traditionelle und erneuerbare Energiequellen nutzen. Beispielsweise stellen die Bosh-Hersteller Heiz- und Warmwasserkessel her und haben mehrere Modelle entwickelt, die an Solarkollektoren angeschlossen sind. Durch diesen Schritt stieg der Wirkungsgrad der Kessel um 110 %. Es stellt sich heraus, dass die Atmosphäre durch Verbrennungsprodukte von Erdgas viel weniger geschädigt wird und die Menschen durch die Reduzierung des Gasverbrauchs und damit der Zahlungen dafür erhebliche Einsparungen erzielen.

Die Vorteile kostengünstiger Geräte, die mit erneuerbaren Energiequellen betrieben werden, liegen auf der Hand und Wissenschaftler und Industrielle stehen nun vor der Herausforderung Die Hauptaufgabe– die umfassendste Informationskampagne durchzuführen, die die Menschheit zur Wahl umweltfreundlicher Technologien führen würde.

Was ist erneuerbare Energie?

Erneuerbare Energie hat mehrere andere Namen. Dabei handelt es sich um „regenerative Energie“ und „grüne Energie“, also Energie, die aus natürlichen Quellen gewonnen wird und deren Gewinnung die Umwelt überhaupt nicht belastet. Die Reserven dieser Energie sind unerschöpflich, ihre Größe ist nach den Maßstäben der Menschheit unbegrenzt.

Es ist absolut unmöglich, die absehbare Zukunft der Menschen mit beispielsweise der Lebensdauer der Sonne in Zusammenhang zu bringen. Erst kürzlich veröffentlichten Wissenschaftler ihre abgeleitete Anzahl von Jahren, nach denen die Sonne vollständig erlöschen wird. Das sind 5 Milliarden Jahre. Ich möchte wirklich daran glauben, dass das Leben auf der Erde die ganze Zeit über gedeihen wird und dass die Menschen leben und gesund sein werden. Aber wir können bereits jetzt davon ausgehen, dass die Zahl der Menschen auf dem Planeten wie bisher wachsen wird. Sie werden billige brauchen energetische Ressourcen. Technologien für erneuerbare Energien werden in dieser Angelegenheit der einzige Ausweg sein, vorausgesetzt, dass der Planet, sein Reichtum an Flora und Fauna, seine klimatische Vielfalt, seine landschaftliche Schönheit, saubere Luft, Wasser, Land und Untergrund.

Deshalb sind Technologien zur Energiegewinnung aus Wind, Sonne, Regen, Geothermie, Flüssen, Meeren und Ozeanen usw. bereits so weit verbreitet. All dies sind erneuerbare Energiequellen. Egal wie viel ein Mensch diese Energie verbraucht, sie wird nie ausgehen. Der Wind wird immer wehen und Ebbe und Flut verursachen, Flüsse werden mit ihrer Kraft immer die Rotorblätter von Wasserturbinen drehen, Sonnenkollektoren werden in Wohngebäuden und großen Einrichtungen für Wärme sorgen.

Energieeffizienz und Energieeinsparung in Russland

Diese beiden Richtungen sind im allgemeinen strategischen Entwicklungsplan für Russland enthalten; sie wurden bereits 2010 skizziert. Es ist für den Staat wirklich von Vorteil, dass in Russland tatsächlich erneuerbare Energiequellen genutzt werden. Wenn die Anlage billige und leicht erhältliche Energie verbraucht, sinken die Produktionskosten. Gleichzeitig sinken die Warenpreise im Laden, was zu einer Verringerung der sozialen Spannungen führt und der Gesamtgewinn des Unternehmens steigt. Dies bedeutet, dass neue Arbeitsplätze geschaffen, neue Technologien entwickelt und die Höhe der vom Unternehmen in Form von Steuern transferierten Mittel deutlich erhöht werden.

Wenn ein privater Hausbesitzer auf den Bezug erneuerbarer Energien umsteigt, wird der Staat von diesem Schritt wiederum stark profitieren. Erstens wird er die neueste Ausrüstung kaufen, die derzeit nicht billig ist. Zweitens benötigt eine Person keine zentralen Kommunikationsmittel, die zu ihr nach Hause gebracht werden. Und drittens werden die Auswirkungen auf die Umwelt auf ein Minimum reduziert, sodass der Staat deutlich weniger Geld für Umweltschutzmaßnahmen ausgibt.

Die Motive auf einer Skala in ganz Russland sind klar; das Schwierigste bleibt – zu lehren Russische Staatsbürger Grund nicht nur auf eigene Kosten, sondern auch unter dem Gesichtspunkt der Schonung natürlicher Ressourcen. Es gilt, der Bevölkerung zu vermitteln, dass erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen unterschiedliche Auswirkungen nicht nur auf das Wohlbefinden, sondern auch auf die Gesundheit und Lebenserwartung einer Nation haben können.

Öl, Gas, Torf, Kohle – all das sind bekannte, wirksame, aber nicht erneuerbare Ressourcen. Ja, wenn wir das Thema aus der Perspektive der heute Lebenden und sogar ihrer Kinder und Enkel betrachten, dann wird das alles für unser Jahrhundert ausreichen. Doch Luftverschmutzung entsteht größtenteils gerade durch die Verbrennungsprodukte dieser Ressourcen und Krankheiten durch verschmutzte Luft (Asthma, Allergien, Immunschwäche, Herzerkrankungen, Krebs etc.) sind für die heute lebenden Menschen bereits ein Problem.

Der Einsatz erneuerbarer Energiequellen senkt nicht nur die Produktions- und Verbrauchskosten, sondern reinigt auch die Atmosphäre und verbessert unsere Gesundheit. Und das ist auch ein großer Vorteil für den Staat, denn gesunde Gesellschaft– Garant für hohe Wirtschaftsindikatoren, Errungenschaften in Wissenschaft, Kultur und Kunst usw.

Wissenschaftler stellen fest, dass unser Land über ein enormes Potenzial für die Entwicklung des Einsatzes energiesparender Technologien verfügt. Wir können 40 % des Gesamtenergieverbrauchs erreichen. Das heißt, 40 % der Energie werden aus erneuerbaren Quellen erzeugt. Das sind 400 Millionen t.e. Als Referenz: 1 t.u.t. – ist die Verbrennungswärme von 1 Kilogramm Normalkraftstoff. Das heißt, wir können 400 Millionen Kilogramm Kraftstoff pro Jahr durch alternative Quellen ersetzen, was teuer ist und schädliche Emissionen verursacht. Das ist erneuerbare Energie in Russland, und wenn wir über die ganze Welt sprechen, dann sind es 20 Milliarden t.e. Im Jahr! Das ist mehr als die Hälfte aller Treibstoff- und Energieressourcen.

Die russische Regierung hat eine Reihe von Dokumenten entwickelt, die die Vorschriften für die Einführung energieeffizienter Technologien in unserem Land festlegen. Ihre Wirkung wird bis 2030 berechnet.

Die Meinung von Wirtschaftsanalysten zum Thema Einführung von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen in Russland ist sehr interessant. Sie stellten fest, dass dies der Grund für die Nutzung durch große Unternehmen ist die neuesten Entwicklungen, die Herstellung umweltfreundlicher Geräte, hat zwei Motive. Das primäre Motiv ist wirtschaftlicher Natur. Wenn eine Technologie dem Hersteller oder Anwender Gewinn bringt, dann wird sie genutzt und umgesetzt. Aber die Verbesserung der Umwelt ist immer ein zweitrangiges Motiv; sie erinnern sich erst dann daran, wenn erfolgreich Gewinn erzielt wurde. Mentalität, was tun!

Erneuerbare Energiequellen: globale Trends

Auffallend ist ein sehr interessanter Trend in diese Richtung: Alle Arten erneuerbarer Energiequellen entwickeln sich am schnellsten und werden in Entwicklungs- und armen Ländern am schnellsten eingesetzt. Sie kommen natürlich nicht annähernd an die Kostenzahlen der fortgeschrittenen Länder heran, liegen aber hinsichtlich der Entwicklungsraten vorne und recht zuversichtlich.

Im Jahr 2012 wurden in 138 Ländern Projekte zu erneuerbaren Technologien erstellt und entwickelt. Und zwei Drittel davon sind Entwicklungsländer. Der unangefochtene Spitzenreiter unter ihnen ist China; im Jahr 2012 steigerte es die Stromproduktion aus Solarenergie um 22 %, laut Regierungspreisen flossen 67 Milliarden US-Dollar ein. Ein ähnlich starker Anstieg bei der Entwicklung energieeffizienter und umweltfreundlicher Technologien war in Marokko, Südafrika, Chile, Mexiko und Kenia zu verzeichnen. Der Nahe Osten und Afrika haben in ihren Regionen hervorragende Ergebnisse erzielt.

Die Vereinten Nationen stellten fest, dass dank dieses effizienten Wachstums der Zugang zu modernen Energiedienstleistungen für alle Länder gewährleistet war und die Steigerungsrate der Energieeffizienz verdoppelt wurde alternative Energie auf der Erde, und es besteht eine offensichtliche Möglichkeit, dass alternative Energien bis 2030 die Standardenergie überholen werden.

In entwickelten Ländern werden zahlreiche Maßnahmen ergriffen, um den Bau von Anlagen für erneuerbare Energien zu beschleunigen. In Japan beispielsweise haben diejenigen, die Solarmodule installieren, Anspruch auf Vorzugstarife und Zuschüsse für Bau und Installation.

Wasserkraftwerke

In diesen Bauwerken wird Strom aus der Energie fallenden Wassers erzeugt. Daher werden solche Objekte an Flüssen mit großen Strömungen und Höhenunterschieden am Boden errichtet. Abgesehen davon, dass der Fluss nie aufhört zu fließen, schadet die Energiegewinnung der Umgebung nicht. Die Weltgemeinschaft bezieht auf diese Weise bis zu 20 % des gesamten Stroms. Führend in dieser Branche sind Länder, in denen eine große Anzahl von Hochwasserflüssen fließt: Russland, Norwegen, Kanada, China, Brasilien und die USA.

Biotreibstoff

Biokraftstoffe sind eine Vielzahl erneuerbarer Energiequellen. Dabei handelt es sich um Abfälle aus verschiedenen Branchen: Holzverarbeitung, Landwirtschaft. Und ganz einfach: Hausmüll ist eine wertvolle Energiequelle. Auch Abfälle aus dem Bau, der Abholzung, der Papierproduktion, landwirtschaftlichen Betrieben, Abfälle aus städtischen Mülldeponien und natürlich produziertes Methan werden bei der Produktion alternativer Energie verwendet.

IN In letzter Zeit In der Presse tauchen immer mehr Informationen auf, dass Quellen, von denen früher nicht einmal angenommen werden konnte, dass sie Treibstoff sind, zu Treibstoff werden. Das ist Wirtschaftsdünger, das ist verfaultes Gras, das ist pflanzliches und tierisches Öl. Den aus diesen Quellen verarbeiteten Produkten wird etwas Dieselkraftstoff zugesetzt und dann bestimmungsgemäß verwendet – zum Betanken von Autos! Die Emissionen solcher Kraftstoffe sind um ein Vielfaches weniger giftig, was besonders in Megastädten wichtig ist. Jetzt entwickeln Wissenschaftler ein Rezept und eine Technologie zur Herstellung von Biokraftstoffen ohne Zusatz von Diesel.

Wind

Die Windmühlentechnik ist seit der Antike bekannt. Erst in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts begann man, Windmühlen als alternative Energiequellen zu erfinden. Die ersten Windkraftanlagen entstanden. Bereits in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts tauchten in Dörfern ganze Reihen von Generatoren auf und verwandelten sich in elektrische Energie Wind. Mittlerweile sind Deutschland, Dänemark, Spanien, die USA, Indien und das gleiche fortschrittliche China führend bei der Anzahl solcher Kraftwerke. Besonderheit Die Installation solcher Strukturen ist keineswegs kostengünstig. Eine Windkraftanlage amortisiert sich nicht sehr schnell und der Bau von Windparks erfordert Anfangsinvestitionen.

Geothermische Energie

Geothermiekraftwerke nutzen die Wärme natürlicher heißer Quellen, wandeln diese in elektrische Energie um und versorgen die Wohnräume der umliegenden Siedlungen mit heißem Wasser. Das erste Kraftwerk dieser Art wurde 1904 in Italien in Betrieb genommen. Darüber hinaus funktioniert es immer noch und zwar recht erfolgreich! Mittlerweile wurden solche Stationen in 72 Ländern auf der ganzen Welt gebaut, allen voran in den USA, den Philippinen, Island, Kenia und Russland.

Ozean

Die Gezeiten in den Küstengebieten des Ozeans sind so stark, dass ihre Strömungen große Energiemengen erzeugen können. Der Damm trennt das obere und das untere Becken; wenn sich das Wasser bewegt, drehen sich die Turbinenschaufeln, was den Stromgenerator antreibt. Das Schema ist einfach, wie alles, was mit erneuerbaren Energiequellen zu tun hat. Es gibt nur 40 solcher Stationen auf dem Planeten, weil die Natur an wenigen Orten die Grundvoraussetzung erfüllt hat – einen Niveauunterschied in den Becken von 5 Metern. Gezeitenstationen wurden in Frankreich, Kanada, China, Indien und Russland gebaut.

In letzter Zeit erfreut sich die Technologie des „passiven Kühlens und Heizens“ immer größerer Beliebtheit. Dadurch ist es überhaupt nicht erforderlich, den Wohnraum zu heizen oder zu kühlen, daher wird umweltfreundliche Energie aus den internen Ressourcen des Hauses selbst gewonnen. Die Technologie umfasst die richtige architektonische Lösung, die Einhaltung der Fenstergröße und der Neigung der Vordächer, die Struktur von Wänden und Decken sowie die Verwendung von Innenventilatoren und in der Nähe des Hauses gepflanzten Bäumen. Eine sehr interessante und effiziente Technologie, die in mehr als einem Wohngebäude getestet wurde.

Ein paar Worte zur Zukunft

Die heutige Zukunft erscheint ein wenig naiv, so wie einst Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen lächerlich schienen. Heute prognostizieren Wissenschaftler die Entwicklung der Wasserstoff-Brennstofftechnologie, der Energie der Fusion von Wasserstoffatomen zu einem Heliumatom mit enormer Energiefreisetzung, und planen auch, Sonnenenergie mithilfe von Erdsatelliten zu empfangen und die Energie von Schwarzen Löchern zu nutzen. Kurz gesagt, alle Theorien sind äußerst interessant. Wer weiß, vielleicht werden in 5-10 Jahren alle Schwarzen Löcher in unserer Galaxie unsere Häuser heizen. Die Hauptsache ist, dass unser Planet lebt und sauber und sicher ist!

Deutschland: Setzen Sie auf erneuerbare Energien

Die Menschheit hat längst gelernt, mit der Kraft der Flüsse erneuerbare (regenerative) Energie zu erzeugen. Doch am Ende des 20. Jahrhunderts stellte sich aufgrund der Energiekrise, des rapiden Rückgangs der Gasreserven und der Umweltzerstörung die Frage nach der Nutzung anderer Quellen in der Umwelt. Dank der Entwicklungen von Wissenschaftlern ist es möglich geworden, Energie aus Sonne, Wind, Gezeiten und geothermischem Wasser zu gewinnen.

Interessant! Weltweit stammen 18 % der Energie aus erneuerbaren Quellen, davon sind 13 % Holz.

Nach Angaben der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien IRENA, die dem Forbes-Magazin zur Verfügung gestellt wurden, lag der Anteil der auf diese Weise erzeugten Energie weltweit im Jahr 2015 bei etwa 60 %. Künftig werden erneuerbare Energiequellen bis 2030 führend bei der Stromerzeugung sein und die Nutzung von Kohle auf den zweiten Platz verdrängen.

Wasserkraft wird schon seit sehr langer Zeit erzeugt, aber neue Arten erneuerbarer Energiequellen wie Wind, geothermisches Wasser, Sonne und Gezeiten werden erst seit etwa 30 bis 40 Jahren genutzt. Im Jahr 2014 betrug der Anteil der Wasserkraft 16,4 %, der von Solar- und Windenergie 6,3 %, und in Zukunft, bis 2030, könnten diese Anteile gleich sein.

In europäischen Ländern und den USA beträgt die jährliche Steigerung der Energieerzeugung aus Wind etwa 30 % (196.600 MW). In Deutschland, Spanien und den USA ist das Photovoltaik-Verfahren weit verbreitet. Das California Geyser Geothermal Plant produziert jährlich 750 MW.

Interessant! Dänische Windkraftanlagen lieferten im Jahr 2015 42 % der Energie, und in der Zukunft, bis 2050, ist geplant, die Produktion von 100 % „grüner Energie“ zu erreichen und vollständig auf fossile Ressourcen zu verzichten.

Beispiele für erneuerbare Energiequellen

Der Einsatz erneuerbarer Energiequellen wird dazu beitragen, Energieprobleme in Gebieten mit schlechten Umweltbedingungen zu lösen. Versorgen Sie abgelegene und schwer zugängliche Gebiete mit Strom, ohne Stromleitungen zu verwenden. Solche Anlagen ermöglichen eine dezentrale Energieversorgung in Gebieten, in denen eine Brennstofflieferung wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Die meisten der entwickelten Projekte beziehen sich auf autonome Energiequellen, die mit Rohstoffen wie nicht-traditionellen erneuerbaren Energiequellen betrieben werden, die aus Biomasse, Torf, tierischen und menschlichen Abfallprodukten sowie Haushaltsabfällen gewonnen werden.

AES wurden in den USA, Kanada, Neuseeland und Südafrika aktiv entwickelt. Solche Energiequellen werden von chinesischen, indischen, deutschen, italienischen und skandinavischen Verbrauchern genutzt. In Russland hat diese Branche noch nicht das industrielle Niveau erreicht, daher ist der Einsatz regenerativer Energien sehr gering.

Der Planet kann mehr als nur erneuerbare Energiequellen aus natürlichen Ressourcen nutzen. Derzeit werden Technologien zur Erzeugung von thermonuklearer Energie und Wasserstoffenergie entwickelt. Jüngsten Studien zufolge sind die Mondreserven des Helium-3-Isotops enorm, daher laufen derzeit Vorbereitungen für die Lieferung dieses Treibstoffs in verflüssigter Form. Nach Berechnungen des russischen Akademikers E. Alimov (RAS) reichen zwei Shuttles aus, um den gesamten Planeten ein Jahr lang mit Strom zu versorgen.

Erneuerbare Energiequellen in Russland

Anders als in der Weltgemeinschaft, wo „grüne Energie“ schon lange erfolgreich eingesetzt wird, hat man sich in Russland erst seit Kurzem mit diesem Thema beschäftigt. Und während Wasserkraft seit langem Städte und Gemeinden mit Strom versorgt, galten regenerative Energiequellen als aussichtslos. Nach dem Jahr 2000 kam es jedoch aufgrund der Verschlechterung der Umweltsituation zu einer Verringerung der natürlichen Ressourcen und anderer nicht weniger wichtige Faktoren wurde deutlich, dass es notwendig war, alternative Energiequellen zu entwickeln.

Die vielversprechendste Richtung ist die Entwicklung von Anlagen, die Sonnenstrahlung direkt in Strom umwandeln. Sie verwenden Fotobatterien auf Basis von Einkristallen, Polykristallen und amorphem Silizium. Auch bei diffusem Sonnenlicht wird Strom erzeugt. Die Leistung kann durch Entfernen oder Hinzufügen von Modulen angepasst werden. Sie verbrauchen praktisch keine Energie, sind automatisiert, zuverlässig, sicher und können repariert werden.

Um erneuerbare Energiequellen in Dagestan, der Region Rostow, den Regionen Stawropol und Krasnodar zu entwickeln, wurden Solarkollektoren installiert und sind in Betrieb, die Verbraucher mit autonomer Energie versorgen.

Interessant! 1 m 2 Solarkollektor spart bis zu 150 kg Standardbrennstoff pro Jahr.

In Russland leistet die Stromerzeugung auf Basis von Windkraft bis zu 20.000 MW. Der Einsatz solcher Anlagen mit einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 6 m/s und einer Leistung von 1 MW spart 1000 Tonnen Normbrennstoff pro Jahr ein. Basierend auf wissenschaftlichen Daten werden derzeit Entwicklungen durchgeführt und Energiekomplexe in Betrieb genommen. Allerdings ist die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind in Russland schwierig. Laut einem Gesetz aus dem Jahr 2008 müssen Windkraftanlagen sehr starke Fundamente haben und die Straßen, die zu den Bauarbeiten führen, müssen gut gepflastert sein. Beispielsweise wird in europäischen Ländern und den USA ein Primer verwendet.

Interessant! Wenn Anlagen in der Region Tjumen, Magadan, Kamtschatka und Sachalin eingesetzt werden, können auf 1 Quadratkilometer 2,5 bis 3,5 Millionen kWh gesammelt werden. Das ist derzeit ein 200-fach höherer Energieverbrauch.

Bisher wurden auf Kamtschatka und auf den Kurilen Geothermiekraftwerke gebaut und betrieben. Drei Module des Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP (Kamtschatka) produzieren 12 MW, der Bau des Mutnovskaya GeoTPP für 4 Blöcke, die 100 MW produzieren werden, ist abgeschlossen. Zukünftig ist es möglich, in diesem Gebiet geothermisches Wasser zur Erzeugung von 1000 MW zu nutzen, außerdem können durch getrenntes Wasser und Kondensat Gebäude beheizt werden.

Im Land gibt es bereits 56 erkundete Lagerstätten, in denen Brunnen täglich mehr als 300.000 Kubikmeter geothermisches Wasser fördern können.

Perspektiven für die Entwicklung der Gezeitenstromerzeugung

1968 wurde auf der Kola-Halbinsel das weltweit erste experimentelle Gezeitenkraftwerk mit einer Leistung von 450 kW/h in Betrieb genommen. Basierend auf der Arbeit dieses Projekts wurde beschlossen, die Entwicklung von Gezeitenkraftwerken in Russland als vielversprechende erneuerbare Energiequellen an der Küste des Pazifiks und des Arktischen Ozeans fortzusetzen. Im Chabarowsk-Territorium wurde mit dem Bau des Tugurskaya-Wärmekraftwerks begonnen, dessen Auslegungskapazität 6,8 Millionen kW betragen wird. Das Wärmekraftwerk Mezenskaya wird im Weißen Meer mit einer Auslegungsleistung von 18,2 Millionen kW gebaut. Solche Anlagen werden derzeit für chinesische, koreanische und indische Verbraucher entwickelt und installiert. Im ersten Bild dieses Artikels sind auch alternative Gezeitenenergiegeräte abgebildet.

nach Disziplin:

"Grundlagen des Energiesparens“

Thema: " Möglichkeiten der Nutzung nicht-traditioneller und erneuerbarer Energiequellen“

Einführung

Arten nicht-traditioneller erneuerbarer Energiequellen und Technologien für ihre Entwicklung

Nutzung erneuerbarer Energiequellen

Erneuerbare Energiequellen in Russland bis 2010

Die Rolle nichttraditioneller und erneuerbarer Energiequellen bei der Reform des Elektrizitätskomplexes der Region Swerdlowsk

Abschluss

Referenzliste

Einführung

Auf dem aktuellen Niveau wissenschaftlicher und technischer Fortschritt Der Energieverbrauch kann nur durch den Einsatz fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas), Wasserkraft und Kernenergie auf Basis thermischer Neutronen gedeckt werden. Den Ergebnissen zahlreicher Studien zufolge können fossile Brennstoffe den weltweiten Energiebedarf bis zum Jahr 2020 jedoch nur teilweise decken. Der Rest des Energiebedarfs kann durch andere Energiequellen gedeckt werden – nicht-traditionelle und erneuerbare.

Erneuerbare Energiequellen sind Quellen, die auf ständig vorhandenen oder periodisch auftretenden Energieflüssen in der Umwelt basieren. Erneuerbare Energie ist nicht das Ergebnis bewusster menschlicher Aktivität, und das ist ihr besonderes Merkmal.

Nicht erneuerbare Energiequellen sind natürliche Reserven an Stoffen und Materialien, die der Mensch zur Energiegewinnung nutzen kann. Beispiele hierfür sind Kernbrennstoffe, Kohle, Öl und Gas. Die Energie nicht erneuerbarer Quellen kommt im Gegensatz zu erneuerbaren in der Natur vor gebundener Zustand und wird durch gezieltes menschliches Handeln freigesetzt.

Gemäß der Resolution Nr. 33/148 der UN-Generalversammlung (1978) gehören zu den nichttraditionellen und erneuerbaren Energiequellen: Sonne, Wind, Geothermie, Meereswellen-, Gezeiten- und Meeresenergie, Biomasseenergie, Holz, Holzkohle, Torf, Zugtiere, Schiefer, Ölsande und Wasserkraft aus großen und kleinen Bächen.

Die Hauptart der „kostenlosen“ unerschöpflichen Energie wird zu Recht betrachtet Sonne . Jede Sekunde gibt es Energie ab, die tausendmilliardenfach größer ist als eine nukleare Explosion von 1 kg Uran (U2351).

Die einfachste Möglichkeit, Sonnenenergie zu nutzen, sind Sonnenkollektoren, die einen Absorber (geschwärztes Metall, meist Aluminiumblech mit Rohren, durch die Kühlmittel fließt) enthalten. Kollektoren werden stationär auf den Dächern von Häusern in einem Winkel zum Horizont installiert, der dem Breitengrad des Gebiets entspricht, oder im Dach montiert. Abhängig von den Einstrahlungsbedingungen in den Kollektoren erwärmt sich das Kühlmittel um 40-50° mehr als die Umgebungstemperatur. Solche Systeme werden in Einzelhäusern eingesetzt und decken den Bedarf der Bevölkerung an Warmwasser nahezu vollständig; in Fernwärmeanlagen sowie zur Gewinnung technologischer Wärmeenergie in der Industrie. Solarkollektoren werden in vielen Städten Russlands hergestellt und ihre Kosten sind recht erschwinglich.

Strom aus dem Lichtstrom kann auf zwei Arten erzeugt werden: durch direkte Umwandlung in Photovoltaikanlagen oder durch Erhitzen des Kühlmittels, das in dem einen oder anderen thermodynamischen Kreisprozess Arbeit erzeugt. Die direkte photovoltaische Umwandlung der Sonnenstrahlung in elektrische Energie wird in netzparallelen Photovoltaik- oder Solarstationen sowie im Rahmen von Hybridanlagen für autonome Systeme („Ökohäuser“ etc.) eingesetzt. Auch eine kombinierte Erzeugung elektrischer und thermischer Energie ist möglich. Zukünftig wird erwartet, dass der Solarenergie aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit im Vergleich zu den meisten anderen Energiequellen eine größere Bedeutung zukommen wird. Im Laufe der Zeit wird dies zu einer relativen Effizienz führen, doch derzeit übersteigen die spezifischen Kapitalinvestitionen in Photovoltaikanlagen die herkömmlichen um das Fünffache oder mehr.

Geschwindigkeit und Richtung Wind Manchmal ändern sie sich sehr schnell und unvorhersehbar, was sie weniger „zuverlässig“ als die Sonne macht. Somit ergeben sich zwei Probleme, die gelöst werden müssen, um die Windenergie vollständig nutzen zu können. Erstens ist es eine Gelegenheit zum „Fangen“ kinetische Energie Wind aus der maximalen Fläche. Zweitens ist es noch wichtiger, eine Gleichmäßigkeit und Konstanz der Windströmung zu erreichen. Das zweite Problem ist immer noch schwer zu lösen. Vielleicht wird eine der Lösungen die Einführung neuer Technologien zur Erzeugung und Nutzung künstlicher Wirbelströmungen sein.

Der gebräuchlichste Windkraftanlagentyp ist eine Flügelturbine mit horizontaler Welle und einer Anzahl von Rotorblättern von 1 bis 3 in einer festen Position mit leichter Anpassung des Neigungswinkels. Turbine, Vervielfacher und elektrischer Generator sind in einer Gondel untergebracht, die oben am Mast montiert ist. Die neuesten Modelle von Windkraftanlagen verwenden Asynchrongeneratoren mit variabler Leistung, und die Aufgabe der Konditionierung der erzeugten Energie wird von der Elektronik übernommen. Die Verbreitung von Laufrad-Windkraftanlagen erklärt sich aus der Geschwindigkeit ihrer Rotation, der Möglichkeit, ohne Multiplikator direkt an einen Stromgenerator anzuschließen, und dem hohen Nutzungsgrad der Windenergie.

Eine weitere beliebte Art von Windkraftanlage ist die Rotationswindkraftanlage. Sie sind langsam und ermöglichen den Einsatz einfacher Stromkreise, beispielsweise mit einem Asynchrongenerator, ohne Unfallgefahr bei starkem Windstoß. Langsamkeit stellt eine einschränkende Anforderung dar – die Verwendung eines mehrpoligen Generators, der bei niedrigen Drehzahlen arbeitet. Solche Generatoren sind nicht weit verbreitet und der Einsatz von Multiplikatoren ist aufgrund der geringen Effizienz der letzteren wirkungslos. Die Rotorblatt-Windkraftanlage ist am einfachsten zu bedienen. Sein Design gewährleistet ein maximales Drehmoment beim Starten der Windkraftanlage und eine automatische Selbstregulierung der maximalen Drehzahl während des Betriebs. Ein noch wichtigerer Vorteil des Karusselldesigns war seine Fähigkeit, ohne zusätzliche Tricks zu überwachen, „wo der Wind weht“, was für Gierströmungen an der Oberfläche sehr wichtig ist.

Wirtschaftliches Potenzial Klein- und Kleinwasserkraftwerke macht etwa 10 % des gesamten Wirtschaftspotenzials aus. Dieses Potenzial wird jedoch von weniger als 1 % genutzt. Jetzt beginnt der Prozess der Sanierung zerstörter und neuer Klein- und Kleinwasserkraftwerke. Allerdings weisen Kleinwasserkraftwerke, die durch die vollständige Blockierung von Flussbetten durch Dämme entstehen, alle Nachteile unserer Energieriesen (Wasserkraftwerke) auf und sind streng genommen kaum als umweltfreundliche Energiearten einzustufen.

Dammlose Mikrowasserkraftwerke für Flüsse, Bäche und sogar Bäche gibt es schon seit langem. Dammloses Wasserkraftwerk mit einer Leistung von 0,5 kW. Komplett mit einer Batterie versorgt es einen Bauernhof oder eine geologische Expedition, eine entfernte Weide oder eine kleine Werkstatt mit Energie. Eine Dreheinheit mit einem Durchmesser von 300 mm und einem Gewicht von nur 60 kg wird auf die Stromschnelle gebracht, auf dem unteren „Ski“ versenkt und mit Kabeln von beiden Ufern gesichert. Das dammlose Mini-Wasserkraftwerk, das sich an den Flüssen des Altai-Gebirges erfolgreich bewährt hat, wurde auf das Niveau eines Prototyps aufgerüstet.

Wellenenergie . Im Gefüge erneuerbarer Energieressourcen sind Meereswellen ein vielversprechender Energieträger. Experten sagen, dass es bereits möglich ist, mit der Energie der Meereswellen Strom mit einer Produktivität von bis zu 10 Milliarden kW zu erzeugen. Dies ist nur ein kleiner Bruchteil der gesamten Wellenleistung der Meere und Ozeane der Erde. Gleichzeitig ist es größer als die Leistung aller im Jahr 1990 auf der Erde betriebenen Kraftwerke. Das fortschrittlichste Projekt ist die „Nodding Duck“, vorgeschlagen vom Designer S. Salter (Universität Edinburgh, Schottland). Die von den Wellen geschaukelten Schwimmkörper liefern Energie zu einem Preis von nur 2,6 Pence pro 1 kWh, was nur unwesentlich höher ist als die Stromkosten, die in den neuesten Gaskraftwerken erzeugt werden (in Großbritannien sind es 2,5 Pence), und deutlich niedriger das Kernkraftwerk (ca. 4,5 Pence pro 1 kW/h).

Gezeitenenergie Es ist durchaus möglich, Gezeitenwasserkraftwerke zu „zähmen“, die recht gute wirtschaftliche Indikatoren aufweisen, aber ihre Ressourcen sind begrenzt – sie erfordern bestimmte natürliche Bedingungen – einen schmalen Eingang zur Bucht usw. Die gesamte Gezeitenenergie wird auf 0,09 * 1015 kWh pro Jahr geschätzt.

Geothermische Energie Streng genommen ist es nicht erneuerbar, da wir reden über Dabei geht es nicht um die Nutzung eines konstanten Wärmestroms vom Untergrund zur Oberfläche (durchschnittlich 0,03 W/m2), sondern um die Nutzung von Wärme, die in flüssigen oder festen Medien in bestimmten Tiefen gespeichert ist. Die weltweiten Reserven an Geothermie betragen: zur Stromerzeugung – 22.400 TWh/Jahr, z direkte Nutzung- mehr als 140 TJ/Jahr Wärme. Bestehende Geothermiekraftwerke (Geothermiekraftwerke) sind Einkreissysteme, bei denen geothermischer Dampf direkt in einer Dampfturbine arbeitet, oder Zweikreissysteme mit einem niedrigsiedenden Arbeitsmedium im Sekundärkreislauf.

Biomasse stellt eine sehr breite Klasse von Energieressourcen dar. Seine Energienutzung ist durch Verbrennung, Vergasung (thermochemische Gasgeneratoren, die feste organische Abfälle in gasförmigen Brennstoff umwandeln), Pyrolyse und biochemische Verarbeitung der anaeroben Vergärung flüssiger Abfälle zur Herstellung von Alkoholen oder Biogas möglich. Jeder dieser Prozesse hat seinen eigenen Umfang und Zweck.

Die nichtkommerzielle Nutzung von Biomasse (also die Verbrennung von Holz) verursacht große Umweltschäden. Die Probleme der Entwaldung und Wüstenbildung in Afrika sind allgemein bekannt, Informationen Tropenwälder In Südamerika. Andererseits ist die Nutzung von Holz aus Energieplantagen ein Beispiel für die Energiegewinnung aus organischen Rohstoffen bei Netto-Null-Kohlendioxid-Emissionen.

Schuljahr

Vorlesung 20

Energiesparende Technologien und Entwicklung neuer Energiequellen

Herkömmlicherweise können Energiequellen in zwei Arten unterteilt werden: nicht erneuerbar Und verlängerbar. Zu den ersten zählen Gas, Öl, Kohle, Uran usw. Die Technologie zur Energiegewinnung und -umwandlung aus diesen Quellen ist bewährt, aber in der Regel nicht umweltfreundlich und viele davon werden erschöpft.

Erneuerbare Energie- das sind Quellen, die im menschlichen Maßstab unerschöpflich sind. Das Grundprinzip der Nutzung erneuerbarer Energien besteht darin, sie aus natürlichen Ressourcen – wie Sonnenlicht, Wind, Wasserbewegung in Flüssen oder Meeren, Gezeiten, Biokraftstoffen und Erdwärme – zu gewinnen, die erneuerbar sind, d. h. werden auf natürliche Weise wieder aufgefüllt.

Die Aussichten für den Einsatz erneuerbarer Energiequellen sind mit ihrer Umweltfreundlichkeit, niedrigen Betriebskosten und der erwarteten Brennstoffknappheit bei herkömmlichen Energieträgern verbunden.

Beispiele für die Nutzung erneuerbarer Energien.

1.Windkraft ist eine schnell wachsende Branche. Die Leistung eines Windgenerators hängt von der Fläche ab, die von den Rotorblättern des Generators überstrichen wird. Beispielsweise haben die 3-MW-Turbinen (V90) des dänischen Unternehmens Vestas eine Gesamthöhe von 115 Metern, eine Turmhöhe von 70 Metern und einen Blattdurchmesser von 90 Metern. Küstengebiete gelten als die vielversprechendsten Orte für die Energiegewinnung aus Wind. Im Meer, in einer Entfernung von 10-12 km von der Küste (und manchmal auch weiter), werden Offshore-Windkraftanlagen gebaut. Windkrafttürme werden auf Fundamenten aus bis zu 30 Meter tiefen Pfählen errichtet. Die Nutzung der Windenergie wächst jährlich um etwa 30 Prozent und ist in Europa und den Vereinigten Staaten weit verbreitet.

2. Ein Wasserkraftwerke(Wasserkraftwerk) wird als Energiequelle genutzt potenzielle Energie Wasserfluss, dessen Hauptquelle die Sonne ist, die Wasser verdunstet, das dann in höheren Lagen in Form von Niederschlag fällt und nach unten fließt, um Flüsse zu bilden. Wasserkraftwerke werden üblicherweise an Flüssen durch den Bau von Dämmen und Stauseen errichtet. Es ist auch möglich, die kinetische Energie der Wasserströmung in sogenannten frei fließenden (dammlosen) Wasserkraftwerken zu nutzen.

Merkmale dieser Energiequelle:

Die Stromkosten in Wasserkraftwerken sind deutlich niedriger als in allen anderen Kraftwerkstypen;

Wasserkraftgeneratoren können je nach Energieverbrauch recht schnell ein- und ausgeschaltet werden;

Erneuerbare Energiequelle;

Deutlich geringere Auswirkungen auf die Luftumgebung als bei anderen Kraftwerkstypen;

Der Bau von Wasserkraftwerken ist in der Regel kapitalintensiver;

Oftmals liegen effiziente Wasserkraftwerke weit entfernt von den Verbrauchern;

Stauseen nehmen oft große Gebiete ein;

Spitzenreiter bei der Wasserkraftproduktion pro Person sind Norwegen, Island und Kanada. Der aktivste Wasserbau wird in China betrieben, wo Wasserkraft die wichtigste potenzielle Energiequelle ist; bis zu die Hälfte aller Kleinwasserkraftwerke der Welt befinden sich in diesem Land.

3.Solarenergie- eine Richtung der nichttraditionellen Energie, die auf der direkten Nutzung der Sonnenstrahlung zur Gewinnung von Energie in jeglicher Form basiert. Solarenergie nutzt eine unerschöpfliche Energiequelle und ist umweltfreundlich, das heißt, sie erzeugt keinen schädlichen Abfall.

Methoden zur Strom- und Wärmeerzeugung aus Sonnenstrahlung:

Stromerzeugung mittels Fotozellen;

Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität mithilfe von Wärmekraftmaschinen: Dampfmaschinen (Kolben oder Turbine) mit Wasserdampf, Kohlendioxid, Propan-Butan, Freonen;

Solarthermische Energie – Erwärmung einer Oberfläche, die Sonnenstrahlen absorbiert, und anschließende Verteilung und Nutzung der Wärme (Fokussierung der Sonnenstrahlung auf einen Behälter mit Wasser zur anschließenden Verwendung des erhitzten Wassers zum Heizen oder in Dampfgeneratoren);

Thermische Luftkraftwerke (Umwandlung von Sonnenenergie in Luftströmungsenergie, die an einen Turbogenerator geleitet wird);

Solare Ballonkraftwerke (Erzeugung von Wasserdampf im Ballonballon durch Sonneneinstrahlung, die die mit einer selektiv absorbierenden Beschichtung bedeckte Ballonoberfläche erwärmt), haben den Vorteil, dass der Dampfvorrat im Ballon für den Betrieb des Kraftwerks ausreicht einpflanzen dunkle Zeit Tage und bei schlechtem Wetter.

Vorteile der Solarenergie:

Öffentliche Zugänglichkeit und Unerschöpflichkeit der Quelle;

Theoretisch ist es völlig ungefährlich für die Umwelt, obwohl die Möglichkeit besteht, dass die weit verbreitete Einführung der Sonnenenergie die Albedo (Reflexionscharakteristik) der Erdoberfläche verändern und zu einem Klimawandel führen könnte.

Nachteile der Solarenergie:

Abhängigkeit von Wetter und Tageszeit;

Infolgedessen besteht die Notwendigkeit einer Energieakkumulation;

Hohe Baukosten;

Die Notwendigkeit, die reflektierende Oberfläche regelmäßig von Staub zu reinigen;

Erwärmung der Atmosphäre über dem Kraftwerk.

4.Gezeitenkraftwerke. Kraftwerke dieser Art sind eine besondere Art von Wasserkraftwerken, die die Energie der Gezeiten und damit auch die kinetische Energie der Erdrotation nutzen. Gezeitenkraftwerke werden an den Küsten von Meeren gebaut, wo die Gravitationskräfte von Mond und Sonne den Wasserstand zweimal täglich verändern.

Um Energie zu gewinnen, wird die Bucht oder Flussmündung mit einem Damm blockiert, in dem hydraulische Einheiten installiert sind, die sowohl im Generatormodus als auch im Pumpenmodus arbeiten können (um Wasser in den Stausee für den späteren Betrieb bei Abwesenheit von Gezeiten zu pumpen). Im letzteren Fall spricht man von Pumpspeicherkraftwerken.

Die Vorteile von PES sind Umweltfreundlichkeit und niedrige Energieerzeugungskosten. Nachteilig sind die hohen Baukosten und die im Tagesverlauf schwankenden Stromkosten, weshalb die PES nur in einem Stromnetz mit anderen Kraftwerkstypen betrieben werden kann.

5.Geothermische Energie- eine Energierichtung, die auf der Erzeugung elektrischer und thermischer Energie aus der im Erdinneren enthaltenen Wärmeenergie in Geothermiestationen basiert. In vulkanischen Gebieten überhitzt das zirkulierende Wasser in relativ geringer Tiefe die Siedetemperatur und steigt durch Risse an die Oberfläche, was sich manchmal in Form von Geysiren manifestiert. Der Zugang zu unterirdischem Warmwasser ist durch Tiefbrunnenbohrungen möglich. Häufiger sind trockene Hochtemperaturgesteine, deren Energie durch Pumpen und anschließendes Entziehen von überhitztem Wasser gewonnen wird. Da in vielen geologisch inaktiven Gebieten auch hohe Gesteinshorizonte mit Temperaturen unter 100 °C vorkommen, gilt die Nutzung von Geothermie als Wärmequelle als die vielversprechendste. Die wirtschaftliche Nutzung geothermischer Quellen ist in Island und Neuseeland, Italien und Frankreich, Litauen, Mexiko, Nicaragua, Costa Rica, den Philippinen, Indonesien, China, Japan und Kenia weit verbreitet. Die weltweit größte Geothermieanlage ist das Geysers Plant in Kalifornien mit einer Nennleistung von 750 MW.

6.Biotreibstoff- Dies ist ein Kraftstoff aus biologischen Rohstoffen, der in der Regel bei der Verarbeitung biologischer Abfälle anfällt. Es gibt auch Projekte mit unterschiedlichem Entwicklungsstand, die auf die Herstellung von Biokraftstoff aus Zellulose abzielen verschiedene Arten organische Abfälle, aber diese Technologien befinden sich in einem frühen Stadium der Entwicklung oder Kommerzialisierung. Variiert flüssiger Biokraftstoff(für Verbrennungsmotoren, z. B. Ethanol, Methanol, Biodiesel), feste Biokraftstoffe(Brennholz, Briketts, Brennstoffpellets, Hackschnitzel, Stroh, Spelzen) und gasförmig(Biogas, Wasserstoff).

Die USA und Brasilien produzieren 95 % des weltweiten Bioethanols. Ethanol wird in Brasilien hauptsächlich aus Zuckerrohr und in den Vereinigten Staaten aus Mais hergestellt. Nach Schätzungen von Merrill Lynch wird die Einstellung der Biokraftstoffproduktion zu einem Anstieg der Öl- und Benzinpreise um 15 % führen.

Ethanol ist eine Energiequelle mit geringerer Energiedichte als Benzin; Kilometerstand der in Betrieb befindlichen Fahrzeuge E85(eine Mischung aus 85 % Ethanol und 15 % Benzin; der Buchstabe „E“ vom englischen Ethanol) beträgt pro Volumeneinheit Kraftstoff etwa 75 % der Kilometerleistung von Standardautos. Herkömmliche Autos können nicht mit E85 fahren, obwohl Verbrennungsmotoren mit E85 hervorragend laufen. E10(Einige Quellen behaupten, dass sogar E15 verwendet werden kann). Nur sogenanntes Ethanol kann mit „echtem“ Ethanol funktionieren. „Flex-Fuel“-Autos („Flex-Fuel“-Autos). Diese Autos können auch mit Normalbenzin (eine kleine Zugabe von Ethanol ist noch erforderlich) oder mit einer beliebigen Mischung aus beidem betrieben werden. Brasilien ist führend in der Produktion und Nutzung von Bioethanol aus Zuckerrohr als Kraftstoff.

Kritiker der Entwicklung der Biokraftstoffindustrie sagen, dass die wachsende Nachfrage nach Biokraftstoffen die Agrarproduzenten dazu zwinge, die Anbaufläche für Nahrungspflanzen zu reduzieren und sie zugunsten von Kraftstoffpflanzen umzuverteilen. Nach Berechnungen von Ökonomen der University of Minnesota wird die Zahl der hungernden Menschen auf dem Planeten durch den Biokraftstoffboom bis 2025 auf 1,2 Milliarden Menschen ansteigen.

Andererseits sagt die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) in ihrem Bericht, dass ein erhöhter Verbrauch von Biokraftstoffen zur Diversifizierung der land- und forstwirtschaftlichen Aktivitäten beitragen und die wirtschaftliche Entwicklung fördern kann. Die Produktion von Biokraftstoffen wird neue Arbeitsplätze in Entwicklungsländern schaffen und die Abhängigkeit der Entwicklungsländer von Ölimporten verringern. Darüber hinaus ermöglicht die Produktion von Biokraftstoffen die Nutzung derzeit ungenutzter Flächen. Zum Beispiel in Mosambik Landwirtschaft wird auf 4,3 Millionen Hektar von 63,5 Millionen Hektar potenziell geeignetem Land durchgeführt. Nach Schätzungen der Stanford University wurden weltweit 385 bis 472 Millionen Hektar Land aus der landwirtschaftlichen Produktion genommen. Der Anbau von Rohstoffen für die Produktion von Biokraftstoffen auf diesen Flächen wird den Anteil von Biokraftstoffen an der globalen Energiebilanz auf 8 % erhöhen. Im Transportwesen kann der Anteil von Biokraftstoffen zwischen 10 und 25 % liegen.

7.Wasserstoffenergie- ein sich entwickelnder Energiesektor, eine Richtung in der Produktion und dem Verbrauch von Energie durch die Menschheit, basierend auf der Nutzung von Wasserstoff als Mittel zur Speicherung, zum Transport und zum Verbrauch von Energie durch Menschen, Verkehrsinfrastruktur und verschiedene Produktionsbereiche. Wasserstoff wird als häufigstes Element auf der Erdoberfläche und im Weltraum gewählt, die Verbrennungswärme von Wasserstoff ist am höchsten und das Verbrennungsprodukt in Sauerstoff ist Wasser (das wiederum in den Kreislauf der Wasserstoffenergie eingebracht wird).

Brennstoffzelle- ein elektrochemisches Gerät, das einer galvanischen Zelle ähnelt, sich jedoch von dieser dadurch unterscheidet, dass ihm die Stoffe für die elektrochemische Reaktion von außen zugeführt werden – im Gegensatz zu der begrenzten Energiemenge, die in der galvanischen Zelle oder Batterie gespeichert ist. Brennstoffzellen sind elektrochemische Geräte, die eine sehr hohe Umwandlungsrate chemischer Energie in elektrische Energie (~80 %) erreichen können. Typischerweise verwenden Niedertemperatur-Brennstoffzellen: Wasserstoff auf der Anodenseite und Sauerstoff auf der Kathodenseite (Wasserstoffzelle). Im Gegensatz zu Brennstoffzellen enthalten Einweg-Voltagezellen feste Reaktanten und müssen, wenn die elektrochemische Reaktion stoppt, ausgetauscht und elektrisch aufgeladen werden, um die chemische Reaktion wieder in Gang zu setzen. Theoretisch können die Elektroden auch ausgetauscht werden. In einer Brennstoffzelle strömen Reaktanten ein, Reaktionsprodukte strömen aus und die Reaktion kann ablaufen, solange die Reaktanten in die Zelle eindringen und die Funktionalität des Elements selbst erhalten bleibt. Brennstoffzellen können keine elektrische Energie wie galvanische oder wiederaufladbare Batterien speichern, werden aber für einige Anwendungen, wie z. B. Kraftwerke, die isoliert vom Stromnetz betrieben werden und intermittierende Energiequellen (Sonne, Wind) nutzen, mit Elektrolyseuren, Kompressoren und Kraftstoffspeichertanks kombiniert (z. B. Wasserstoffflaschen) bilden einen Energiespeicher. Der Gesamtwirkungsgrad einer solchen Anlage (Umwandlung elektrischer Energie in Wasserstoff und zurück in elektrische Energie) beträgt 30-40 %.

Brennstoffzellen haben eine Reihe von wertvolle Eigenschaften, unter denen:

7.1 Hohe Effizienz: Brennstoffzellen unterliegen im Gegensatz zu Wärmekraftmaschinen keiner strengen Effizienzbeschränkung. Durch die direkte Umwandlung der Brennstoffenergie in Strom wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Wenn Dieselgeneratoren zuerst Kraftstoff verbrennen, treibt der entstehende Dampf oder Gas eine Turbine oder Welle eines Verbrennungsmotors an, die wiederum einen elektrischen Generator antreibt. Das Ergebnis ist ein Wirkungsgrad von maximal 42 %, häufiger sind es jedoch etwa 35-38 %. Darüber hinaus ist es aufgrund der vielen Verbindungen sowie aufgrund thermodynamischer Einschränkungen des maximalen Wirkungsgrads von Wärmekraftmaschinen unwahrscheinlich, dass der bestehende Wirkungsgrad noch weiter gesteigert werden kann. Bestehende Brennstoffzellen haben einen Wirkungsgrad von 60-80 %.

7.2Umweltfreundlichkeit. Es wird lediglich Wasserdampf an die Luft abgegeben, der für die Umwelt unbedenklich ist. Dies gilt jedoch nur auf lokaler Ebene. Es ist notwendig, die Umweltfreundlichkeit der Produktionsorte dieser Brennstoffzellen zu berücksichtigen, da ihre Produktion an sich bereits eine gewisse Bedrohung darstellt.

7.3 Kompakte Abmessungen. Brennstoffzellen sind leichter und benötigen weniger Platz als herkömmliche Energiequellen. Brennstoffzellen erzeugen weniger Lärm, verbrauchen weniger Wärme und sind hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs effizienter. Dies wird insbesondere bei militärischen Anwendungen relevant.

Probleme mit der Brennstoffzelle.

Die Einführung von Brennstoffzellen im Transportwesen wird durch die fehlende Wasserstoffinfrastruktur erschwert. Es gibt ein „Henne-Ei“-Problem: Warum Wasserstoffautos produzieren, wenn es keine Infrastruktur gibt? Warum eine Wasserstoffinfrastruktur aufbauen, wenn es keinen Wasserstofftransport gibt? Brennstoffzellen weisen aufgrund der geringen Geschwindigkeit chemischer Reaktionen eine erhebliche Trägheit auf und erfordern eine gewisse Leistungsreserve oder den Einsatz anderer technischer Lösungen (Ultrakondensatoren, Batterien), um unter Spitzen- oder Impulslastbedingungen zu funktionieren. Hinzu kommt das Problem der Wasserstofferzeugung und -speicherung. Erstens muss es sauber genug sein, damit es nicht zu einer schnellen Vergiftung des Katalysators kommt, und zweitens muss es billig genug sein, damit sich die Kosten für den Endverbraucher rentieren.

Es gibt viele Möglichkeiten, Wasserstoff herzustellen, aber derzeit stammen etwa 50 % des weltweit produzierten Wasserstoffs aus Erdgas. Alle anderen Methoden sind immer noch teuer. Es besteht die Meinung, dass mit steigenden Energiepreisen auch die Kosten für Wasserstoff steigen, da es sich um einen sekundären Energieträger handelt. Doch die Kosten für Energie aus erneuerbaren Quellen sinken ständig.