Альтернативные источники энергии

1. Альтернативные источники энергии.

Работу выполнил студент группы ФК-13
Обидова Дмитрия.
Руководитель Соков Д.А.
г.о. Тольятти 2019

2. Введение:

Глобальная энергетическая проблема — это проблема обеспечения человечества
топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем.
Актуальность темы Неуклонное увеличение численности населения нашей планеты, бес
прецедентно быстрое развитие производства
в период НТР, нарастающее истощение запасов привычных источников энергии.
Проблема заключается в том, что человечество потребляет огромное количество энергии.
За
год мы сжигаем от 9 до 20 млрд. тонн
топлива. 75% всей потребляемой энергии составляют полезные ископаемые (34% - нефть,
25%
- уголь, 19% - природ-ный газ); 5%
остальной потребляемой энергии – атомные ЭС; 6% - ГЭС; 11% - от других источников
энергии.

3. Последствие Энергетического кризиса:

1) Резкое повышение цен на энергоносители. И как
следствие повышение цен на всю производимую
продукцию и удорожание всех сфер жизни. Как
следствие:
• Значительное снижение уровня жизни
• Снижение экономических мощностей всех стран
• Откат и деградация уровня технологий из-за
невозможности их использования.
2) Развязывание внутригосударственных войн.
3) Мировая война за ресурсы. В том числе с
использованием оружия массового поражения.

4.

• Цель: исследовать альтернативные источники энергии.
Проверить применимость одного из таких источников
для реальной практики.
• Задачи:
1. Узнать сколько запасов основных энергоносителей
осталось на земле.
2. Найти информацию о энергетических кризисах в
истории человечества
3. Найти информацию по методам предотвращения
энергетического кризиса и его решения
4. Рассмотреть достоинства и недостатки каждого метода
5. Исследовать современные альтернативные источники
энергии.
6. Оценить на практическом примере применимость
одного из видов альтернативной энергии.

5.

• Методы исследования:
1. Изучение информации о различных альтернативных
источников.
2. Исследование принципов изучения энергии с помощью
альтернативных источников.
3. Изготовление демонстративной установки для выработки
электричества.
Практическая значимость заключается в
возможности решения проблемы с электричеством раз и
навсегда, получения своего рода вечной циркуляции и
бесконечной энергии

6. Теоретическая часть

На данный момент к основным энергоносителям и
источникам энергии относятся :
1.Нефтяные и газовые углеводороды
2.Ядерное топливо
3.ГЭС
4.Электрохимические источники энергии
5.Уголь

7. Нефтяные виды топлива

Нефть- природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом,
состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной
молекулярной массы и некоторых других химических соединений.
Среди основных топливных нефтепродуктов: Автомобильный, авиационный
бензин, топливо для реактивных двигателей, керосин, дизельное топливо,
мазут и т.д
Общемировые доказанные запасы нефти (по состоянию на 2018 год) составляют
1657,4 млрд. баррелей.
Согласно прогнозам, мировой спрос достигнет 35,5 млрд барр./год.
Плюсы и минусы энергоносителя.
(+)
1.Высокая энергоемкость.
2.Возможность консервации.
3.Пока еще есть доступные месторождения.
(-)
1.Выделение углекислого и угарного газа.
2.Невозобновляемость данного вида топлива.
3.Дополнительные месторождения находиться в местах вечной мерзлоты.

8. Газовые углеводороды

• Природный газ — большое скопление газов,
образовавшихся в недрах
Земли при анаэробном разложении органических
веществ.
Химический состав: этан (C2H6), пропан (C3H8),
бутан (C4H10) и т.д
На 2018 год мировые запасы природного газа оценивались
«BP» в 193,5 трлн м3 .Сейчас потребление газа
составляет В год порядка 3,5 трлн куб. м
Плюсы и минусы энергоносителя.

9. Мировые запасы природного газа

10. АЭС

• Топливо для АЭС является природный уран,
ториевое и плутониевое топливо.
Мировые запасы Урана составляют 5902 тыс тон,
хватит урана на 85 лет.
Мировые запасы тория составляют 1200000 тон,
хватит на 60 лет.
Мировые запасы плутония составляют 1200
метрических тонн плутони, хватит
приблизительно на 60лет.
(+)
1)Огромная выработка энергии (Одна станция
может вырабатывать до 100 Гват)
2)Относительно низский расход топлива.
(-)
1)Требуется отводить большие площади под
водохранилища.
2)Требуется утилизация отработанного топлива.
3)Экологическая котострофа в случае аварии.

11. ГЭС

• Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция,
использующая в качестве источника энергии энергию
водных масс в русловых водотоках и приливных
движениях.
(+)
1)Экологичность
2)Бесконечные ресурсы для выработки электроэнергии
(вода)
(-)
1)Сооружение ГЭС неэффективно в равнинных районах.
2)Большие водохранилища затопляют значительные
участки земли, которые могли бы использоваться с
другими целями.
3) Доля источников в мировом производстве
электроэнергии. ГЭС Составляет 16% НА 2017 год

12. Электрохимические

• Гальванический элемент – это источник электрического
тока, основанный на химической реакции двух
металлов.
1) Аккумуляторы не способны снабжать крупные
предприятия (Например: Заводы).
2) Так же придётся увеличивать их в размерах, что совсем
не удобно и будет занимать много территории, их нужно
будет заряжать, на это будет уходить тоже очень много
времени, остановиться производство.

13. Уголь

• Уголь — полезное ископаемое, вид топлива,
образовавшийся как из частей древних растений, так и
в значительной степени из битумных масс, излившихся
на поверхность планеты, Бывают несколько видов угля:
Антрацит, каменный уголь, бурый уголь.
Мировой запас угля составляет 891531млн.т, угля хватит
на 270 лет.
(+)
1)Угля относительно много по сравнению с угле
водородного сырья, если считать что темпы роста
потребления не увеличатся слишком сильно.
2) Уголь легче добывать.
(-)
1) Ощутимый вред окружающей среде.
2) Уголь, добытый таким способом, содержит много
примесей.
3) В случае если основным источником будет уголь
придется отказаться от определенных технологий.

14. Доказанные запасы угля

15. Из истории энергетического кризиса

Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы
следует считать быстрый рост потребления минерального топлива в XX в. Со
стороны предложения он вызван открытием и эксплуатацией огромных
нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе
Северною моря, а со стороны спроса — увеличением автомобильного парка и
ростом объема производства полимерных материалов. Энергетический
кризис возник в 1973 году, он сразу ударил по экономике Западной Европы и
Японии.
Чтоб решить проблему Энергетического кризиса людям пришлось для начало
экономно расходовать топливо, повысились цены на бензин. Когда
правительство поняло, что это не вариант, некоторые страны заключили союз и
начали искать Альтернативные источники энергии.
• Пути решения энергетического кризиса.
На этой основе получает импульс интенсивный путь решения энергетической
проблемы, заключающийся прежде всего в увеличении производства продукции
на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие
и внедрение энергосберегающих технологий, придает импульс структурной
перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые
развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия
энергетического кризиса.

16. Современные пути решения глобального энергетического кризиса

В настоящее время, исходя из предшествующего опыта
энергетических кризисов человечество выработало
несколько основных путей их решения:
1.Разведывание новых месторождений углеводородного
топлива
2.Создание “Вечного двигателя”
3.Использование энергосберегающих технологий
4.Использование альтернативных источников энергии и их
постепенное внедрение

17. Разведывание новых месторождений углеводородного топлива

• Одним из самых перспективных векторов развития
нефтегазодобычи на ближайшие десятилетия
является освоение Арктики. В этом регионе
обнаружено огромное количество месторождений.
Согласно оценкам специалистов Геологической
службы Соединенных Штатов только доказанные
залежи углеводородов следующие:
• газовый конденсат – 45 млрд. баррелей;
• газ – 47,5 трлн. м³;
• нефть – 95 млрд. баррелей.

18. Недостатки месторождений

1)
2)
3)
Открытые на данный момент новые месторождения
смогут обеспечить мир ресурсами приблизительно
10лет.
Так же искать новые Месторождения очень не просто
на это уходят десятилетия.
Большинство крупных месторождений находятся в
Арктике или на территории Вечной Мерзлоты.

19. Создание вечного двигателя

Технология вечного двигателя
привлекала людей во все
времена.
Сегодня она считается скорее
псевдонаучной и
невозможной, нежели наоборот,
но это не останавливает людей
от
создания все более диковинных
штуковин и вещиц в надежде
нарушить законы физики и
произвести мировую
революцию.
Если вечный двигатель был бы
возможен, то это позволило бы
раз и на всегда решить
топливный вопрос.

20. Все попытки создать вечный двигатель привели человечество к доказательству справедливости многих законов физики. В том числе

• Все попытки создать вечный двигатель привели
человечество к доказательству справедливости многих
законов физики. В том числе главному закону природы:
Закон сохранения энергии.

21. Использование энергосберегающих технологий

Внедрение энергосберегающих технологий в
хозяйственную деятельность как
предприятий, так и частных лиц на бытовом
уровне, является одним из важных шагов в
решении многих экологических проблем –
изменения климата, загрязнения атмосферы
(например, выбросами от ТЭЦ), истощения
ископаемых ресурсов и др.
Суть использования энергосберегающих
технологий:
• Увеличение КПД двигателей и узлов
машин
• Использование новых теплоизоляционных
материалов
• Использование “Умной автоматизации”

22. Альтернативные источники энергии.

• Альтернативный источник энергии является
возобновляемым ресурсом, он заменяет собой
традиционные источники энергии.
На данный момент человечество выработало огромное
число предложений по альтернативным источникам, из
всех можно выделить наиболее перспективные:
1.Термоядерный синтез.
2. Искусственный фотосинтез.
3. Возобновляемое биотопливо.
4. Энергия ветра.
5. Энергия Солнца
6. Энергия приливов и отливов.
8. Геотермальные
9. Энергия из звука.

23. Термоядерный синтез

• Термоядерный синтез — это
разновидность ядерной реакции. В ходе
ядерной реакции ядро атома взаимодейс
твует либо с элементарной частицей,
либо с ядром другого атома, за счет чего
состав и строение ядра изменяются.
Плюсы:
1)большой выход энергии.
2)малое количество отходов.
Минусы:
1)Неконтролируемая энергия, при аварии
приведёт катастрофическим
последствиям.
• 2)Люди не придумали материал который
может удержать десять миллионов
• градусов.

24. Почему мы до сих пор не пользуемся термоядерными реакторами?

Дело в том, что ученые пока не научились удерживать
плазму в реакторе на длительный срок.
• На данный момент одним из самых больших
достижений в области ядерного синтеза считается
успех немецких ученых, которым удалось
нагреть водородный газ до 80 миллионов градусов по
Цельсию и поддерживать облако плазмы водорода в
течение четверти секунды. А в Китае водородную
плазму нагрели до 49.999 миллионов градусов и
продержали ее 102 секунды.
• Кроме того, ведутся споры относительно
рентабельности термоядерного синтеза в
промышленности. Неизвестно, покроют ли выгоды от
производства электроэнергии затраты на
термоядерный синтез.

25. Искусственный фотосинтез

• Искусственный фотосинтез —
попытки воспроизведения
естественного процесса
фотосинтеза. При этом под
воздействием электромагнитного
излучения видимого спектра вода и
диоксид углерода преобразуются в
молекулярный кислород и глюкозу.
• Плюсы:
1)увеличились объемы поглощенной
солнечной энергии;
2)выросли объемы выработанной и
сохраненной растениями энергии;
3)активировались фотосинтезирующие
механизмы в водорослях, которые на
протяжении веков находились в
«спящем состоянии».

26. Биотопливо

• Биото́пливо — топливо из растительного или
животного сырья, из продуктов жизнедеятельности
организмов или органических промышленных
отходов.
• плюсы:
1)В процессе горения биотоплива в окружающую среду
не выделяется вредных веществ – газов, сажи, дыма
2) Горение твердого биотоплива поддается регулировке.
3) После сгорания биотоплива не остается грязи и
отходов.
• Минусы:
1) С целью получения биодизеля за последние
несколько лет в некоторых странах было вырублено
огромные гектары лесов. От этого, несомненно,
наша планета понесла огромный ущерб.
2) Недостаточно изучен вред, который наносит
биотопливо окружающей среде.

27. Энергия ветра

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на
преобразовании кинетической энергии воздушных масс в
атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую
другую форму энергии, удобную для использования в народном
хозяйстве.
• Плюсы
1) Отсутствие загрязнения окружающей среды - производство энергии
из ветра не приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу или
образованию отходов.
2) Использование возобновляемого, неисчерпаемого источника
энергии, экономия на топливе, на процессе его добычи и
транспортировки.
• Минусы
1) Изменчивость мощности во времени - производство
электроэнергии зависит, к сожалению, от силы ветра, на которую
человек не может повлиять.
2) Изменения в ландшафте.

28. Энергия Солнца.

• Солнечная энергетика направление альтернативной энергети
ки, основанное на непосредственном
использовании солнечного излучения
для получения энергии в каком-либо
виде.
• Плюсы:
1) Неисчерпаемость.
2) Экобезопасность.
3) свободный доступ к источнику.
4) высокий КПД.
• Минусы:
1) взаимосвязь с погодными условиями.
2) при отсутствии специальных
компонентов энергия недолго
сохраняется, а накапливается только
лишь в определенное время суток.

29. Приливные электростанции.

• Приливная электростанция (ПЭС) — особый
вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а
фактически кинетическую энергию вращения Земли.
Приливные электростанции строят на берегах морей, где
гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют
уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут
достигать 18 метров.
(+)
1) Экологическая безопасность установок.
2) Низкая себестоимость получаемой электроэнергии.
3) Возобновляемый источник энергии.
(-)
1) высокие затраты на строительство при продолжительном сроке
окупаемости проекта
2) малая мощность вырабатываемой энергии
3) цикличность работы.

30.

31. Сравнительная таблица разных источников энергии

32. Выводы:

• В наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и
газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонны нефти
нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все
глубже в землю и, при использовании их, в частности при
сгорании, высвобождать все больше и больше углекислого
газа, приближая нашу родную планету и все человечество к
погибели от природных катаклизмов, являющиеся следствием
глобального потепления.
• Человечество стало перед серьезной проблемой нехватки
энергии. Один из путей решения этой проблемы я вижу в
«нетрадиционных» видах получения электроэнергии. Я считаю,
что уже скоро мы будем использовать их, повысив их
эффективность и поборов их дороговизну.
• Энергетика связана буквально со всем, и все тянется к
энергетике, зависит от нее. Поэтому энергохимия, водородная
энергетика, энергия воды, ветра, геотермальная энергетика,
космические электростанции, энергия, находящаяся в кварках,
«черных дырах», вакууме, - это всего лишь наиболее яркие
вехи, штрихи того сценария, который пишется на наших глазах
и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.

33. Практическая часть Прототип

• Для получения энергии из звука был разработан
прототип. В данном прототипе для получения
электрической энергии из звука в качестве минигенератора электрической энергии используется
пьезоэлемент. Дальше по разработанной
электрической схеме энергия запасается в батареях.
Эту энергию можно использовать для питания
маломощных устройств.

34.

• Так как звуковое давление от естественных источников достаточно
мало и воздействие на мембрану или кристалл будет крайне
незначительно, то его необходимо усилить. Для этого в прототипе
используется сужающая воронка. В соответствии с законом Бернулли,
при сужении трубопровода скорость потока жидкости или газа
возрастает прямо пропорционально квадрату сужения т.е отнешения
площадей. В используемой схеме S1(площадь воронки)
• S2(площадь пьезопищалки или воронки на выходе)
• (Картинка формулы Бернулли для жидкости или газа)

35.

• Далее была решена следующая проблема. При
деформации любое твердое тело в том числе и
пьезокристалл сразу не возвращается в свое исходное
состояние, а начинает колебаться. В результате
напряжение возникающее на концах пьезоэлемента так
же будет менять направление, что будет приводить к
быстрому процессу зарядки и разрядки батареи.
Для решения данной проблемы используем диодный мост
– устройство, которое служит для выпрямления
переменного тока в постоянный.

36.

• Кроме того, так как напряжение возникающее на концах
пьезопищалки не будет постоянным, то ток будет так же
менять свою форму. Для решения данной задачи в
прототипе используется конденсатор, соединенный
параллельно диодному.
• Фрагмент эл.цепи – преобразователь

37.

• Консервация электрической энергии в больших
масштабах является крайне сложной задачей. Но так
как получаемая в прототипе энергия пока что
достаточно мала, то мы можем использовать как
конденсаторы, так и аккумуляторные батареи.

38.

• Так же для того, чтобы была возможность проверить
заряд на батареях в прототипе используется индикация,
которая представляет из себя индикаторный светодиод
и кнопку для включения его в нужный момент.
• Функциональная схема прототипа(приложение 1);
• Электрическая схема прототипа( приложение 2);
• 3D модель прототипа (приложения 3,4);
• Представлены в приложении

39.

Приложение 1
Приложение 3
Приложение 2
Приложение 4

40. Затраты на проект

1) Материалы для корпуса
2) Ножницы
3) Клей
4) Воронка
5) Провода 40 шт.
6) Пьезопищалка
7) Диодный мост
8) Конденсатор
9) Светодиод
10) Паяльник 40 Ват
11) Канифоль + Олово

41. Литература

1)alternativne-istochniki-energii.ru 2016
2)wikipedia.org
3)vvsu.ru/books/alternativ-ist_pit/page0001asp. 2018
4)multiurok.ru
5)https://ru.ihodl.com
6)images.app.goo.gl
7)zaryad.com 2017
8)electric.info
9)izobreteniya.net
10)www.ruqrz.com
11)naked-science.ru

42.

Спасибо за внимание!