Источники электрической энергии

ВВЕДЕНИЕ

Человеческая цивилизация на протяжении всей истории, так, или иначе, связана с возрастающим потреблением энергии. Для того, чтобы удовлетворить эту потребность, вводились в оборот все новые источники энергии. С каждым годом в мире возрастает потребление электроэнергии. Интенсивное использование традиционных источников электрической энергии привело, во-первых, к истощению запасов невозобновляемых энергоресурсов, а, во-вторых, к экологическим проблемам. В связи с этим мировая экономика все больше уделяет внимание альтернативным и возобновляемым источникам энергии.
Современный мир невозможно представить без электроэнергии, тем самым определяется актуальность вопроса изучения источников электрической энергии.
Цель данной работы: изучить основные современные источники электрической энергии. В работе источники электрической энергии рассматриваются с двух позиций: как энергоресурсы и с точки зрения производства электроэнергии.
Работа включает в себя введение, основную часть, состоящую из двух разделов, заключения и списка использованных источников.


















1 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ)

Источники электрической энергии, как энергетические ресурсы, подразделяются на первичные и вторичные.
Первичные энергетические ресурсы – это совокупность всех видов топлива и энергии, напрямую получаемых из природных ресурсов и используемых в хозяйственной и иной деятельности. По способам использования первичные энергетические ресурсы подразделяют на топливные и нетопливные; по признаку сохранения запасов - на возобновляемые и невозобновляемые [1].
Вторичные энергетические ресурсы - совокупность всех видов топлива и энергии, которые получены в результате преобразования первичных энергетических ресурсов, используемых в хозяйственной и иной деятельности [1].
Например, уголь и сырая нефть относятся к первичным энергетическим ресурсам, а кокс, бензин и мазут - к вторичным.
На рис. 1 приведена классификация источников электрической энергии.


Рисунок 1 – Классификация источников электрической энергии

Невозобновляемые источники энергии – это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Невозобновляемые источники энергии не имеют источников пополнения и постепенно уменьшаются в связи с растущим потреблением. Энергия невозобновляемых источников, по сравнению с возобновляемыми, находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека [2]. К невозобновляемым источникам энергии относится сжигаемое топливо: уголь, нефть, газ, торф и ядерное топливо.
Нефть является наиболее дефицитным видом топлива. Разведанные мировые запасы нефти составляют примерно 300 млрд. тонн, из них только 100 млрд. тонн считаются экономически рентабельными для разработки [5]. По оценкам ученых запасов нефти хватит на 25-40 лет. Запасы горючего газа и урана истощатся через 35-65 лет, угля – через 200-300 лет [3]. Необходимо отметить, что указанные временные интервалы являются приблизительными, так как открываются новые месторождения, развиваются технологии добычи ископаемых и в то же время меняется уровень потребления энергоресурсов.
В качестве ядерного топлива рассматривается уран и как перспектива – торий. В 1995 г. более или менее достоверные мировые запасы урана оценивались в 1,5 млн т. Дополнительные ресурсы оценивались в 0,9 млн т. [5]. Хорошие перспективы представляет использование реакторов-размножителей, которые не только вырабатывают тепловую энергию, но и производят новое ядерное топливо. Полагают, что при использовании реакторовразмножителей запасов урана хватит не менее чем на 6000 лет [5].
Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии [5]. Возобновляемые источники энергия не являются следствием целенаправленной деятельности человека. К возобновляемым источникам энергии относятся: солнце, ветер, морские и океанские приливы и волны, подземные горячие ключи, гидроэнергетические ресурсы больших и малых рек, продукты биомассы.
Потенциальные возможности возобновляемых источников энергии составляют в год [5]:
• энергия Солнца – 2300 млрд т у. т;
• энергия ветра – 26,7 млрд т у. т;
• энергия биомассы – 10 млрд т у. т;
• теплота Земли – 40000 млрд т у. т;
• энергия малых рек – 360 млрд т у. т;
• энергия морей и океанов – 30 млрд т у. т;
• энергия вторичных низкопотенциальных источников теплоты – 530 млрд т у. т.
Одним из наиболее перспективных источников энергии является энергия солнца. Однако, существует ряд проблем практического использования солнечной энергии:
- небольшая поверхностная плотность солнечного излучения;
- нестабильность мощности солнечного излучения.
В настоящее время ученые и специалисты активно занимаются решением данных проблем, поэтому использование солнечной энергии для выработки электрической энергии растет с каждым годом.
Геотермальная энергия также очень перспективна, но имеет локальный характер, так как геотермальные ресурсы чаще всего располагаются в вулканических зонах.
Гидроэнергия – один из дешевых и экологически чистых энергоресурсов. Энергия воды применяется человечеством с древних времен.
Энергия ветра проста и доступна для практического применения. Согласно предварительным статистическим данным, опубликованным сегодня Всемирной ассоциацией ветроэнергетики (WWEA), в 2020 году в мире было добавлено 93 гигаватта (ГВт) новых ветроэнергетических установок. Общая мощность всех ветровых электростанций во всем мире достигла 744 гигаватт, что достаточно для покрытия 7% глобального спроса на электроэнергию [8]. По прогнозам аналитиков, мировая индустрия ветровой энергии установит с 2021 до 2030 года 1 ТВт новых мощностей [6].
Перспективным энергоресурсом являются твердые отходы и биомасса. В современном мире ежедневно образуется огромное количество бытовых отходов. Развитие технологий, позволяющих использовать твердые отходы и биомассу в качестве источников электрической энергии, способствует решению проблемы накопления и хранения этих отходов.
Все источники электрической энергии можно разделить на традиционные и нетрадиционные. Традиционные источники – это энергоресурсы, используемые человеком с давних времен. Среди нетрадиционных природных источников энергии до некоторой степени условно выделены два вида: пригодные к освоению в XXI в. и перспективные источники энергии, широкое освоение которых возможно лишь в следующем веке.

2 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (ВЫРОБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ)
2.1 Виды источников электрической энергии

Источник электрической энергии преобразует различные виды энергии (химическую, механическую, световую, тепловую и т.д.) в электрическую. Можно выделить следующие виды источников электрической энергии:
- химические источники;
- электромашинные генераторы;
- фотоэлектрические источники;
- источники термо-ЭДС;
- пьезоэлектрические преобразователи.
Первые источники электрической энергии постоянного тока – химические появились в середине XVIII в.
Химические источники энергии представляют собой растворы кислот, щелочей и солей, называемые электролитами, в которые помещены электроды из разнородных электропроводящих материалов.
Различают химические источники первого и второго рода.
К химическим источникам первого рода относятся устройства для прямого преобразования химической энергии в электрическую. После завершения химической реакции источники первого рода далее использоваться не могут. Это источники одноразового действия. К ним относятся элементы сухие (с загущенным электролитом) и наливные (с жидким электролитом).
К химическим источникам второго рода относятся обратимые устройства для преобразования химической энергии в электрическую. После завершения химической реакции возможно под действием внешнего источника тока вернуть такой источник в рабочее состояние. К источникам второго рода относятся аккумуляторы.