Альтернативные источники энергии

Основополагающий вопрос
Что заменит традиционные источники энергии в ближайшем будущем?

Проблемные вопросы
Каковы преимущества и недостатки альтернативных источников энергии?
Какие существуют виды электростанций?
Какой из ниже перечисленных альтернативных источников энергии будет доминировать?

В связи с проблемой экологической катастрофы важное место отводится поиску альтернативных источников энергии.
Существует великое множество самых разных способов получения энергии без выделения в атмосферу парниковых газов. Наиболее известными из них можно назвать:
Энергия солнца
Энергия ветра
Геотермальная энергия
Энергия рек
Энергия Мирового океана
Энергия приливов
Энергия водорода

Преимущество:
Колоссальное количество энергии
Недостаток:
Слабая плотность солнечной энергии
Энергия Солнца

Солнечная электростанция
Главным недостатком солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечной электростанции мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт — всего 50 га.

Энергия ветра
Преимущество:
Ветровой энергетический потенциал велик
Недостатки:
Работа ветряных электростанций зависит от погоды.
К тому же они очень шумны, поэтому крупные установки даже приходится на ночь отключать.
Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн.
Наконец, для их использования необходимы огромные площади, чем для других типов электрогенераторов.

Ветряные электростанции
Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в свою очередь вырабатывает электрическую энергию. Получается, что ветряные электростанции работают, как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается в электрический ток.

Геотермальная энергетика базируется на использовании теплоты Земли.
Недостаток:
Слабая концентрация
Преимущества:
Запасы неисчерпаемы, безвредна, экономична
В гейзере заключена огромная энергия – необходимо только суметь ею воспользоваться.
Геотермальная энергия

Геотермальные электростанции
Электростанции такого типа преобразуют внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электричество. Первая геотермальная электростанция была построена на Камчатке.
К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы создают в окрестностях немалый шум и могут, к тому же, содержать отравляющие вещества. Кроме того, геотермальную электростанцию построить можно не везде, потому что для ее постройки необходимы определенные геологические условия.

Энергия рек
Самая мощная ГЭС — Красноярская (6 ГВт); объем ее водохранилища — 73,3 км³.
Гидроэлектростанции преобразуют энергию потока воды в электроэнергию посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение электрические генераторы. Наибольший КПД гидроэлектростанция имеет тогда, когда поток воды падает на турбину сверху. Для этих целей строится плотина, поднимающая уровень воды в реке и сосредотачивающая напор воды в месте расположения турбин.

Запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. км ) занимают моря и океаны.
Кроме сокровищ затонувших кораблей в океане хранятся неисчислимые сокровища энергии.
2
Энергия Мирового океана

Энергия приливов
Использование энергии приливов началось уже в ХΙ в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и Северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.

Приливные электростанции работают по следующему принципу:
в устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты. За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины. При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

Водород – энергия будущего
" Я верю, что водород и кислород в виде воды будет использован как неисчерпаемый источник тепла и света"
Жюль Верн.

Свойства Водорода
Водород - простейший и наиболее распространенный химический элемент во Вселенной.
Это бесцветный газ, без вкуса и запаха, не ядовит.
Каждая молекула водорода состоит из двух атомов водорода.
Газообразный водород в 14 раз легче воздуха, кроме того, он обладает наибольшей энергией на единицу массы по сравнению с остальными видами топлива
На нашей планете водород широко распространен, но встречается только в соединении с другими элементами. Соединение с кислородом образует воду, а соединение с углеродом – углеводороды, такие как бензин, дизтопливо, природный газ, пропан и множество других.
Водород – лучший энергоноситель для электромобилей на топливных элементах или существующих автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
Водород в составе воды

Экологически чистое топливо
При сгорании водорода выделяется тепло, обыкновенная вода и ничтожное количество оксидов азота. Водородное топливо не содержит углерод, поэтому его использование не увеличивает содержание в атмосфере парниковых газов, таких как углекислого и угарного газов.
Сгорание водорода не приводит к разрушению озонового слоя и образованию кислотных дождей. Переход на использование водорода как энергоносителя может восстановить экологию атмосферы, особенно крупных мегаполисов.
Водород – единственное по-настоящему экологически чистое химическое топливо.

Получение Водорода
Любой водородосодержащий материал может быть потенциальным источником топлива для топливных элементов. Углеводородное топливо - метанол, этанол, природный газ, продукты нефтеперегонки и сжиженный пропан - могут отдавать водород при облагораживании нефтепродуктов путем дополнительной обработки. Водород может быть извлечен из биогаза или других соединений, не содержащих углерод.
Можно получать водород из воды с помощью электрического тока. Это процесс называют электролизом
Источники
водорода:

Электролиз
Электролиз - один из способов получения водорода. Вода разлагается на кислород и водород под действием электрического тока.

Хватит ли воды, чтобы получать из
нее водород?
Учитывая тот факт, что вода является побочным продуктом работы топливных элементов, как и любых водородных двигателей, в мире более чем достаточно воды для развития водородной экономики.
Мировое потребление энергии: 4*10 Дж/год.
H из воды: 1 ГДж на 90 литров H O
Потребность в воде: 3,6*10 литров в год.
Объем океанов: 1,45*10 литров - в 40 млн. раз больше годовой потребности.
Ежегодные осадки: 3,63*10 литров - в 10 тыс. раз больше годовой потребности в воде.
20
13
21
17
2
2

Хранение водорода
Проблема хранения водорода в настоящее время успешно решается исследователями и производителями автомобилей.
Водород можно хранить почти также, как бензин или пропан, однако требуются баллоны, выдерживающие высокое давление.
Еще один способ хранения водорода - в виде гидридов (химических соединений с другими веществами) под небольшим давлением или вообще при атмосферном давлении.
Водород также можно хранить в виде жидкости, но для этого его потребуется охладить до минус 183 градусов по Цельсию. Большая энергия требуется для такого сжижения водорода, поэтому гораздо удобнее газообразная форма.

Безопасность водорода
Водород вырабатывается в промышленных масштабах США уже более 50 лет и этот опыт показал возможность его безопасного производства и транспортировки.
В XX веке водород использовался как бытовой газ в США, им по сей день пользуются более 500 тыс. семей в Японии.
Водородная промышленность США продемонстрировала образцовый уровень безопасности за последние 50 лет и требования по безопасности постоянно растут.
К слову о безопасности бензина. От возгорания бензина в 1986 году в США погибло 760 человек. Каждый год происходит более 140 тыс. возгораний автомобилей на бензине.
Водород гораздо легче воздуха и быстро растворяется, поэтому в случае утечки на открытом воздухе он поднимается вверх и мгновенно разбавляется до невзрывоопасной концентрации. Будучи подожжен, водород горит при более низкой температуре, чем пары бензина, таким образом, значительно уменьшая риск возгорания окружающих предметов. Наконец, водород не загрязняет почву, как и воду, и воздух.

Ford на водородном двигателе разогнался до 331 км. в час
В США на соляном озере Бонневилл автомобиль компании Ford - Fusion Hydrogen 999 – установил новый мировой рекорд скорости для машин, оснащенных водородным двигателем.
Такой «Форд» под управлением известного гонщика Рика Бернса, смог разогнаться до 207 миль в час (331 километр в час).
Ford Fusion Hydrogen 999 – это первый в мире гоночный автомобиль, построенный на серийной базе и оснащенный электродвигателем мощностью 770 лошадиных сил, который питает «водородная» установка на топливных ячейках. По заявлению представителей американской компании, эта машина - результат 10-летних исследований в области водородных технологий, а на ее постройку ушло более года.

Вывод проекта:
Рассказав вкратце об основных альтернативных источниках, можно предположить какими способами в будущем человечество будет получать необходимую энергию.
Я думаю, что одним из главных источников получения энергии будет водорода.
В будущем, когда водород станет столь же доступным топливом, как сегодня природный газ, он сможет всюду его заменить. Водород можно будет сжигать в кухонных плитах, в водонагревателях и отопительных печах, снабженных горелками.