Альтернативные источники энергии

Соков Д.А.
г.о. Тольятти 2019

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.

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.

источников для реальной практики.
Задачи:
Узнать сколько запасов основных энергоносителей осталось на

земле.
Найти информацию о энергетических кризисах в истории человечества
Найти информацию по методам предотвращения энергетического кризиса и его решения
Рассмотреть достоинства и недостатки каждого метода
Исследовать современные альтернативные источники энергии.
Оценить на практическом примере применимость одного из видов альтернативной энергии.

с помощью альтернативных источников.
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

относятся :
1.Нефтяные и газовые углеводороды
2.Ядерное топливо
3.ГЭС
4.Электрохимические источники энергии
5.Уголь

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

законов физики. В том числе главному закону природы: Закон сохранения

энергии.

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”

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.

ядерной реакции ядро атома взаимодействует 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.

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.

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».

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:
С целью получения биодизеля за последние несколько лет в некоторых странах было вырублено огромные гектары лесов. От этого, несомненно, наша планета понесла огромный ущерб.
Недостаточно изучен вред, который наносит биотопливо окружающей среде.

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
Изменчивость мощности во времени - производство электроэнергии зависит, к сожалению, от силы ветра, на которую человек не может повлиять.
Изменения в ландшафте.

виде.
Плюсы:
Неисчерпаемость.
Экобезопасность.
свободный доступ к источнику.
высокий КПД.
Минусы:
взаимосвязь с погодными условиями.
при отсутствии специальных

компонентов энергия недолго сохраняется, а накапливается только лишь в определенное время суток.

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.

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.

В данном прототипе для получения электрической энергии из звука в

качестве мини-генератора электрической энергии используется пьезоэлемент. Дальше по разработанной электрической схеме энергия запасается в батареях. Эту энергию можно использовать для питания маломощных устройств.

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)

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.

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

Но так как получаемая в прототипе энергия пока что достаточно

мала, то мы можем использовать как конденсаторы, так и аккумуляторные батареи.

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

Приложение 2









Приложение 3 Приложение 4

40 шт.
6) Пьезопищалка
7) Диодный мост
8) Конденсатор
9) Светодиод
10) Паяльник 40

Ват
11) Канифоль + Олово