Альтернативные источники энергии и топлива

Альтернативные источники энергии и топлива

Подготовил студен группы №132 Тимонин Максим

Альтернативные источники энергии

• Альтернати́вная энерге́тика  — совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

• 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.

Виды альтернативной энергетики

• солнечная энергетика,
• ветроэнергетика,
• биомассовая энергетика,
• волновая энергетика,
• Градиент - температурная

энергетика,

• приливная энергетика,
• геотермальная энергия.

Классификация источников

Способ использования

Энергия, используемая человеком

Солнечные электростанции

Первоначальный природный источник

Электромагнитное излучение Солнца

Ветряные электростанции

Солнечный ядерный синтез

Кинетическая энергия ветра

Традиционные ГЭС Малые ГЭС

Приливные электростанции

Солнечный ядерный синтез. Движения Земли и Луны

Движение воды в реках

Волновые электростанции

Движение воды в океанах и морях

Солнечный ядерный синтез

Энергия волн морей и океанов

Геотермальные станции

Движения Земли и Луны

Солнечный ядерный синтез. Движения Земли и Луны

Тепловая энергия горячих источников планеты

Сжигание ископаемого топлива

Внутренняя энергия Земли

Химическая энергия ископаемого 

Сжигание возобновляемого топлива:

Химическая энергия возобновляемого 

Атомные электростанции

топлива

Традиционное

Солнечный ядерный синтез в прошлом.

Нетрадиционное

топлива

Солнечный ядерный синтез

Тепло, выделяемое при ядерном распаде

Ядерный распад

Перспективы в России

• Россия может получать 10 % энергии из ветра. По сравнению с США и странами ЕС использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России находится на низком уровне. Сложившуюся ситуацию можно объяснить доступностью традиционных ископаемых энергоносителей. Один из основных барьеров для строительства крупных электростанций на ВИЭ — отсутствие положения о стимулирующем тарифе, по которому государство покупало бы электроэнергию, производимую на основе ВИЭ (feed-in tariff).

Инвестиции

• Согласно отчёту ООН, в 2008 году во всём мире было инвестировано $140 млрд в проекты, связанные с альтернативной энергетикой, тогда как в производство угля и нефти было инвестировано $110 млрд.
• Во всём мире в 2008 году инвестировали $51,8 млрд в ветроэнергетику, $33,5 млрд в солнечную энергетику и $16,9 млрд в биотопливо. Страны Европы в 2008 году инвестировали в альтернативную энергетику $50 млрд, страны Америки — $30 млрд, Китай — $15,6 млрд, Индия — $4,1 млрд

Альтернативные источники энергии

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу. 

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Альтернативные источники топлива

• Альтернативное топливо снижает зависимость страны от импорта нефти, и зачастую производит меньшее загрязнение окружающей среды, чем бензин или дизельное топливо. На сегодняшний день известны следующие виды альтернативного топлива: Этанол, метанол, природный газ, пропан, водород, электричество, биодизель, биомасса.

Потребление альтернативных видов топлива на 2011 год

Сравнение потребления альтернативных видов топлива и традиционных (бензин и дизель)

Альтернативные виды топлива для автомобилей

Двигатель, работающий на сжатом воздухе

Возможно, что самой напрасно обнадеживающей альтернативой топлива из всех возможных является именно двигатель на сжатом воздухе. Воздух — все, что необходимо для того, чтобы заставить двигаться автомобиль, разработанный французскими инженерами, и который будет доступен американским водителям уже в 2010 году. Возможно, в это тяжело поверить, но этой маленькой машинке понадобится всего лишь сжатый воздух, чтобы совершить прогулку по городу со скоростью 35 км/час. (Если ваша совесть сможет простить вам использование нескольких капель топлива, тогда автомобиль сможет нагреть и сжать достаточное количество воздуха для увеличения скорости до 90 км/час.). Но самая лучшая новость, что машина будет продаваться по цене доступной практически каждому — 20 000 долларов.

Двигатель на растительном масле.

Защитники окружающей среды пребывали в восторге от идеи использования машинного двигателя, работающего на растительном масле, еще с тех пор, когда идея была впервые предложена, а сейчас мы уже можем наблюдать скачок из теории в реальную практику! Поклонники компании Volkswagen теперь имеют возможность водить машину с чистой совестью благодаря совершенно новому двигателю, работающему на биодизельном топливе, которым оснащена новая модель компании — «Жук» («Beetle»). Таким образом «Beetle» показывает принадлежность к парку автомобилей национального агентства по прокату автомобилей с биодизельными двигателями, чья штаб квартира расположена в Мауи .

Вода.

Эта японская машина, названная Genepax, может проехать со скоростью приблизительно 80 км/час за один час времени при использовании одного литра воды как топливного ресурса. Автомобиль использует электроны водорода, выделяемые из воды, для производства электричества, которое, в свою очередь, питает электрический двигатель автомобиля. Для всех критиков, которые предполагали, что ни одна машина не сможет использовать в качестве топлива воду, Genepax является самым лучшим ответом.

Топливные гранулы (Биомасса).

Если вы еще до сих пор не удивлены, что существуют автомобили, работающие на воздухе или воде, тогда эта модель точно вас заинтригует. Данная машина работает исключительно на топливных гранулах. Все верно — по существу это то самое вещество, которое могло бы быть сожженным в деревянной печи или походном костре, то, что приводит в действие автомобиль. Опилки, деревянная стружка — все это известно как биомасса, всеобъемлющий термин, относящийся к уже неживому биологическому материалу, который может быть использован в качестве топлива.

Двигатели, работающие на топливе с водородной основой.

Перспектива оснащения машин водородными двигателями долгое время казалась привлекательной экологически дружелюбно настроенным мотоциклистам. И пока производители автомобилей пытаются преодолеть целый ряд технических трудностей (как увеличить процент эффективности хранения водорода в транспорте или как предотвратить его замерзание или возгорания), что не остановили их на пути к созданию эффективного топлива. Однако, суть в том, что эта модель является продуктом гиганта автомобильного рынка — компании Mercedes. Так что не ожидайте, что эта грушка будет столь же доступной, как и автомобили с двигателем на сжатом воздухе.