Альтернативные источники энергии

Статья по теме:

«Альтернативные источники энергии в современном мире»

Выполнил: Василенко Степан Павлович, ученик 10 класса Гимназии №10 г. Челябинска.

Руководитель работы: Егорова Татьяна Витальевна, учитель географии Гимназии №10 г. Челябинска.

Введение

В современном мире люди давно используют электроэнергию для упрощения своей жизни. Она используется для освещения домов и улиц, обогрева жилья, дозаправки автомобилей, работы бытовых приборов и техник. Энергия служит топливом почти всех сфер деятельности.

Самые главными и традиционными методами добычи электроэнергии являются электростанции – тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС).  Они вырабатывают огромное количество энергии, во многом обеспечивая электроэнергией жителей в современном мире. Тем не менее, у них есть большие минусы: невозобновляемость основных ресурсов – нефть, газ и уголь; дорогое обслуживание и постройка; постепенное разрушение экосистемы; выбросы парниковых эффектов; радиация и др.

В связи с этими проблемами все больше стран обращаются к альтернативным источникам энергии. В настоящее время современные ученые и энергетики возлагают большие надежды на альтернативные источники энергии, преимущество которых в том, что они возобновляемы, экологически чисты и дешевы. 

Что же такое альтернативные источники энергии?

Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. [1]

Существуют множество альтернативных источников энергии, таких как: ветроэнергетика; солнечная энергетика; биотопливо; гелиоэнергетика; геотермальная энергетика; грозовая энергетика; криоэнергетика и др.

В этой статье мы разберем два альтернативных источника энергии. Солнечная энергетика и ветроэнергетика.

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика – одно из направлений альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.

Каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию?

 Сам процесс носит название «Фотовольтарика». Электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта.

Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество. [4]

Плюсы солнечной энергетики: экологичность, ведь она не загрязняет окружающую среду; доступность основных составляющих – фотоэлементов, которые реализуются не только для промышленного применения, но и для создания личных небольших электростанций; неисчерпаемость и само восстанавливаемость источника; постоянно снижающаяся себестоимость.

 Среди недостатков солнечной энергетики можно выделить: влияние времени суток и погодных условий на производительность электростанций; необходимость в аккумулировании энергии; снижение производительности в зависимости от широты, на которой расположен регион, и от времени года; большой нагрев воздуха; потребность в периодической чистке от загрязнения, в которой нуждается система солнечных батарей; относительно высокая стоимость оборудования. 

Теперь, давайте рассмотрим выгоду солнечной энергетики на примере моей семьи. Все числа и значения относительны и могут разниться в разных регионах, и в разное время.

Рассмотрим пример расчета потребления электрической мощности на моей семьи из трех человек. Требуемые мощности потребления электроэнергии в месяц:

·                   холодильник — 400 Вт;

·                   TV — 150 Вт;

·                   свет/электричество – 10×60 Вт = 600 Вт;

·                   компьютер, телефон, модем — 150 Вт;

·                   стиральная машина — 1000 Вт;

·                   микроволновая печь и другая бытовая техника — 500 Вт.

Всего около 2800 Вт, причем это пиковая мощность, а поскольку все приборы работают одновременно редко, максимума пиковая мощность не достигает.

Среднюю потребляемую мощность можно рассчитать по показаниям счетчика электрической энергии, исходя из суммы в 1000 руб./мес и тарифа на электроэнергию —  3.36 руб/кВт・ч. Получаем следующую среднюю потребляемую энергию за месяц:

1000/3.36 = 298 кВт・ч.

С учетом количества дней в месяце (30 дней) и активного времени суток (12 часов) определяем расход суточной мощности:

1000/3.36×30×12 = 826 Вт.

При расчете мощности солнечной станции необходимо помнить, что она включает в себя следующие модули:

‒ солнечную батарею (панель из нескольких соединенных солнечных элементов);

‒ зарядное устройство;

‒ аккумуляторную батарею (АКБ);

‒ инвертор.

Выберем одну станцию мощностью 1.2 кВт каждая, учитывая запас мощности.

Исходные затраты или первоначальные капитальные вложения в проект базируются на стоимости станции и её монтажа и составляют около 57000 руб. (в качестве примера, взяли: Сетевая солнечная микро электростанция 1,2кВт – 51.920 рублей [4], а монтаж станции – от 5000 рублей)

Далее произведем расчет срока окупаемости. Ресурс АКБ составляет шесть лет, других элементов — 25 лет. Таким образом, примерный срок бесперебойной работы станций до капитального ремонта около 25 лет.

Учитывая динамику изменения стоимости комплектующих модулей станции, расчет окупаемости проекта произведем за первые 10 лет.

Годовая стоимость расходуемой электроэнергии, покрывающей потребности семьи составляет 1000 × = 12 000 руб. в год, срок окупаемости двух солнечных станций — 57000/12 000 = 4.75 года.

Корректировку срока окупаемости проведем исходя из ресурса работы АКБ (шесть лет).

За период сверх срока окупаемости (6 – 4,75 = 1,25 года) прибыль составит: 12000 × 1,25 = 15.000 руб.

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика – один из самых перспективных способов источников энергии. Этот источник не только экологически чистый (ветровые генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива), но и возобновляемый. Затраты на получение энергии от ветра сводятся главным образом к установке необходимого оборудования.

Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 30 тыс. тонн угля или около 90 тыс. баррелей нефти.

Помимо этого, запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Из-за этого правительства разных стран считают развитие ветроэнергетики одной из главных стратегических задач как в экономическом плане, так и в экологическом.

Например, Дания планирует к 2021 году 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики. А ученые находятся в постоянном поиске решений, способных усовершенствовать современные ветрогенераторы.

В настоящий момент ветроэнергетика является быстро развивающейся и перспективной отраслью. В 2007 г. общая мощность ВЭС в мире составила 94 млн. кВт с выработкой около 200 млрд.  Ветроэнергетика ХХI века Россия имеет самый большой в мире ветропотенциал, ресурсы ее ветровой энергии определены в 10,7 ГВт. На сегодня в России насчитывается около 13 МВт установленной мощности (0,1% всей вырабатываемой в стране энергии).

Рассмотрим выгоду солнечной энергетики на примере моей семьи. Все числа и значения относительны и могут разниться в разных регионах, и в разное время.

Среднюю потребляемую мощность можно рассчитать по показаниям счетчика электрической энергии, исходя из суммы в 1000 руб./мес и тарифа на электроэнергию —  3.36 руб/кВт・ч. Получаем следующую среднюю потребляемую энергию за месяц:

1000/3.36 = 298 кВт・ч.

С учетом количества дней в месяце (30 дней) и активного времени суток (12 часов) определяем расход суточной мощности:

1000/3.36×30×12 = 826 Вт.

Как известно, в Челябинской области ветровая карта достигает от 1 до 10-15 метров в секунду. Сначала найдем среднюю скорость ветра.

10+15/2 = 12.5 М/с

12.5+1/2 = 6.75 М/с – средняя скорость ветра в Челябинской области

Исходные затраты или первоначальные капитальные вложения в проект базируются на стоимости станции и её монтажа и составляют около 70.000 руб. (в качестве примера, взяли: ВЕТРОГЕНЕРАТОР EXMORK 750Вт)  – 60.300 рублей [2], а монтаж станции – от 10.000 рублей)

Далее произведем расчет срока окупаемости. Примерный срок бесперебойной работы станций до капитального ремонта около 12 лет.

Учитывая динамику изменения стоимости комплектующих модулей станции, расчет окупаемости проекта произведем за первые 10 лет.

Годовая стоимость расходуемой электроэнергии, покрывающей потребности семьи составляет 1000 × = 12 000 руб. в год, срок окупаемости двух солнечных станций — 70000/12 000 = 5.8 года.

Корректировку срока окупаемости проведем исходя из справки ветрогенератора, указанной производителем – 10 лет.

За период сверх срока окупаемости (10 – 5.8 = 4.2 года) прибыль составит: 12000 × 4.2 = 50.400 руб.

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод, альтернативные источники энергии с каждым днем становятся все актуальнее и актуальнее. Они являются наиболее выгодной заменой традиционным источникам энергии, они экологически чище и экономически дешевле, тем не менее, выработка электроэнергии у альтернативных источников меньше, чем у традиционных.

Cписок использованных источников

1.                 Альтернативная энергетика [Электронный ресурс]: Материал из Википедии — свободной энциклопедии: Версия 113450396, сохранённая в 07:24 UTC 7 апреля 2021 / Авторы Википедии // Википедия, свободная энциклопедия. — Электрон. дан. — Сан-Франциско: Фонд Викимедиа, 2021. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/?curid=1805993&oldid=113450396

2.                 Ветрогенератор Exmork 750 Вт 24 В [Электронный ресурс]: Материал из Пульс Цен Челябинск: Режим доступа - http://www.stroyoborudovanie74.ru/goods/154563100- vetrogenerator_exmork_750_vt_24_v

3.                 Сетевая солнечная микроэлектростанция 1.2 кВт [Электронный ресурс]: Материал из   Автономное электроснабжение SVET ON: Режим доступа -  https://220on.ru/catalog/solnechnye_elektrostantsii/setevaya_solnechnaya_mikro_elektrostantsiya_1_2kvt/

4.                  Солнечная энергетика [Электронный ресурс]: Материал из RB.RU:  Режим доступа - https://rb.ru/longread/solnechnaya-energetika/

Скачано с www.znanio.ru