1

ПРОФЕСИОНАЛНА ГИМНАЗИЯ ПО

СТРОИТЕЛСТВО и ДЪРВООБРАБОТВАНЕ „ Инж. Недьо Ранчев” СТАРА ЗАГОРА

РЕФЕРАТ

„ ВЪЗОБНОВЯЕМИ ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯ В САЩ ”

СТАРА ЗАГОРА

2010

Рег.номер St.z - 028

2

Изменението на климата е проблем, който засяга хората и околната среда. Все повече се увеличава озоновата дупка и намаляват източниците за получаване на електроенергия. С бързи темпове се разрастват и последиците от глобалното затопляне. Затова човечеството търси начини за преодоляване на тези последици. По-голяма енергийна ефективност и нови технологии дават обещание за намаляване на парниковите газове и решаване на това глобално предизвикателство. Енергията днес се получава от изкопаемите горива –въглища, нефт, природен газ –създадени от загниване на растителни и животински видове. Но те се консумират много бързо, по-бързо отколкото се създават. Освен това изгарянето им води до замърсяване и вредни ефекти върху околната среда. Затова се нуждаем от източници на енергия, които са вечни и не оказват вредно въздействие върху природата. Трябва да спрем и последиците от глобалното затопляне и липсата на ресурси в бъдеще. Използването на изкопаемите горива е голямо, но с течение на времето техните запаси ще намалеят.Например: годишната консумация на нефт за всеки човек по света е около 1.8 тона. Според статистиката на British Petroleum, запасите от горива са следните: нефт -40 години, природен газ –62 години, въглища –224 години.

3

Всяка година на Земята се консумира енергия еквивалентна на 10 000 милиона тона въглища, 40٪от нея се получава от нефт. Природният газ е по-евтино и по чисто гориво. Световната консумация на газ е следната: 1970г. 850 милиарда m³, през 2005 –над 2000 милиарда m³ и нараства с 3,5٪ на година. Нараства и глобалното затопляне. Все повече и повече се появяват и киселинни дъждове, които увреждат флората и фауната, не само на сушата, но и във водните басейни.Затова човечеството трябва да търси алтернатива и тя е

ИЗПОЛЗВАНЕ НА ВЪЗОБНОВЯЕМИ ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯ

Енергетиката без съмнение все повече ще разчита на възобновяемите източници на енергия. Те са практически неизчерпаеми. Произхождат от Слънцето, вятърът, топлината на земното ядро, водопадите, приливите и отливите или от растителната маса. Използването им е с много малко отделяне на отпадъци или замърсителни емисии във въздуха. Те намаляват емисиите на парниковите газове и подобряват качеството на въздуха. Решение са на социалния проблем, свързан с настоящата употреба на енергия. Възобновяемата енергия е „ енергията получена от източници, които се възобновяват или на практика са неизчерпаеми”. Те са естествени

4

(природни) източници. Вече съществуват множество технологии, които ни помагат да намалим вредните емисии, предприети са редица мерки за това. Като например: подобрена енергийна ефективност, използване на възобновяеми източници на енергия и по-добро управление на отпадъците. Първоначален източник на възобновяема енергия е Слънцето. Всеки друг тип възобновяема енергия е производна на слънчевата. І.СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ - получава се от слънчевата светлина. Мощността на слънчевото греене е много голяма. До Земята достига слънчева енергия с мощност около 1000 вата на всеки квадратен метър. Може да се използва по различни начини: 1.Генериране на електричен ток с фотоволтаични слънчеви панели. 2.Генериране на електричен ток чрез затопляне на затворен въздух, който завърта турбини. 3.Генериране на електричен ток, използвайки концентриране на слънчевата енергия. 4.Генериране на водород,чрез използване на фотоелектрични клетки. 5.Затопляне на сгради директно, чрез използване на масивни соларни конструкции. 6.Затопляне на храна, използвайки слънчеви фурни.

5

ІІ.ВЯТЪРНА ЕНЕРГИЯ – съдържа се в мощността на ветровете. Тя може да бъде превърната в механична енергия за извършване на работа, като изпомпване на вода, смилане на зърно или получаване на енергия – чрез свързване на въртящ се ротор с електрически генератор. Съвременните вятърни турбини превръщат кинетичната енергия на вятъра в електрическа. Така се получава безплатна електрическа енергия~ 220V или 380V. Модерните вятърни турбини са с обхват от 600kW до 5 MW, но най-използвани са турбини с мощност от 1,5 –3 MW. Мощността им зависи от това, с каква скорост се върти роторът на турбината. Вятърните турбини могат да се обединят във вятърни ферми. За фермите са предпочитани местата, където ветровете са по-силни и по-продължителни, като бреговете и високите места. На тези места се поставят няколко вятърни турбини, образуващи вятърната ферма. Тази ферма е свързана в електрическа мрежа.А малки вятърни турбини доставят електричество в изолирани места. ІІІ. ВОДА- тя се използва под формата на кинетичната енергия, получена от нея, която задвижва турбини за производство на електроенергия или като осмотична енергия. Водата има 800 пъти по-голяма плътност от въздуха, затова дори малък воден поток може да породи значително количество енергия.

6

ІV. Геотермална енергия – това е енергия получена от земната топлина. Топлината се прихваща на няколко метра дълбочина в земната кора чрез геотермална помпа .Строежа на геотермални електроцентрали е скъп, но разходите по експлоатацията и са ниски, затова цената на електроенергията е ниска. НАЙ-МАСОВО използвани възобновяеми източници на електроенергия в световен мащаб са СЛЪНЦЕТО и ВЯТЪРЪТ. САЩ е една от водещите страни в това отношение. В САЩ има няколко големи електроцентрали, използващи Слънцето и Вятъра, като източници на електроенергия. ИЗПОЛЗВАНЕ НА СЛЪНЧЕВАТА ЕНЕРГИЯ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА ЕЛЕКТРОЕНЕРГИЯ

В САЩ Слънчевата енергия е един от най-ресурсните видове енергия на бъдещето. Всяка година от Слънцето се получава около 35000пъти повече енергия от колкото от други източници. Слънчевата енергия се класифицира като два типа–пасивна и активна. И двата типа се експлоатират по различен начин. Активната енергия директно се превръща в приложима форма и от своя страна се разделя на още два вида –слънчева термична и слънчева фотоволтова. Един от най-лесните и достъпни начини за оползотворяване на слънчевата енергия е чрез термо-соларни системи.

7

Термо-соларната система се използва за събиране и изменяне на слънчевата енргия в топлинна енергия, като например водно и въздушно готвене, сушене, генериране на пара, дестилация. Друга форма на соларните технологии е превръщането на слънчевата радиация в електрична енергия, чрез фотоелектричен ефект. Най-целесъобразно и икономически ефективно е инсталирането на слънчеви колектори. Те са различни видове и се използват за задоволяване на различни енергийни нужди. Въпреки значителния поток от слънчева светлина за получаване на енергия, слънчевата енергия осигурява по-малко от 1٪от енергийните нужди на САЩ. Този процент се очаква да нарастне с развитието на нови по-ефективни соларни технологии. Широко се използват фотоволтаични клетки –те преобразуват слънчевата светлина в електричество. При тях слънчевата светлина се фокусира с огледала, при което се създава източник с висок интензитет на топлина, която след това произвежда пара или механична енергия чрез генератор, който произвежда електричество. Има два вида системи-следящи и статични. При статичните системи модулите са стационарни и се монтират под определен оптимален ъгъл, като е възможно и сезонно регулиране на ъгъла. Те се монтират на земята, като се интегрират стилно в сградната фасада или на равен , или наклонен покрив. Така фасадата и соларната конструкция

8

получават и допълнителна функция за активен добив на енергия.Статичните соларни системи имат най-ниска себестойност на инвестицията, ниски разходи за експлоатация и поддръжка, но и по-малка ефективност. По-ефективни са следящите системи, които са позиционират спрямо движението на Слънцето. Производителността се повишава от 30٪до 45٪в зависимост от типа. Следящите системи са по-скъпи, но имат по-кратък срок на възвръщаемост на инвестициите си поради високата си производителност. Фотоволтаичните съоръжения се управляват автоматично и дистанционно и повечето от тях са с гаранция от 25 и повече години. Главен проблем при тях е, че генерират електричен ток, осветявани само от видимите слънчеви лъчи. А невидимите слънчеви инфрачервени лъчи, които доминират в слънчевия спектър, ги загряват и значително намаляват производителността им.Друг съществен проблем е свързан с производството на колектори и устройства за съхранение на енергията.Слънчевата енергия е безплатна, но соларните клетки и оборудването е скъпо. Електроенергията, произведена от Слънцето все още е повече от два пъти по-скъпа от електроенергията, получена от изкопаемите горива. Проблем е и това,че слънчевите клетки могат да функционират почти само през светлата

9

част на деня, докато изкопаемите горива могат да се използват денонощно. В САЩ използването на слънчевата светлина се различава значително, като се отчита местоположението и също и сезона. През лятото- при повече часове дневна светлина и по-висок ъгъл на падане, се получава повече слънчева енергия. Тези фактори се вземат под внимание при планирането на съоръженията за събиране на слънчева светлина.

Графика на средногодишната слънчева енергия получена от един

паралелен наклон фотоволтаични клетки.

В САЩ най-големите слънчеви централи се намират в пустинята Мохаве. Строежът им започва от 1980 година. Те са с общ капацитет 354MW, което ги прави едни от най-големите слънчеви инсталации в света. Тези инсталации са

10

модулни –изграждат се бързо, лесно и с достъпни материали. Слънчевата радиация в пустинята Мохаве е сред най-добрите в САЩ, затова тя е особено подходяща за построяване на слънчеви централи. В пустинята Мохаве се получава до два пъти повече слънчева светлина (под формата на енергия) отколкото в други райони в страната.Това изобилие от слънчева енергия прави слънчевите централи привлекателна алтернатива на традиционните централи, използващи замърсяващи изкопаеми горива (нефт, въглища). За разлика от тях слънчевите централи представляват екологично доброкачествен източник на енергия. Те могат да бъдат изградени в рамките на няколко години, за разлика от проекти за конвекционална енергия, които изискват дълги подготвителни периоди. Пустинята Мохаве в Калифорния показва потенциал за използване на слънчеви технологии. Близо до Barstow е построена SEGS централа за получаване на енергия от генерирани системи.Тя е построена от израелската компания Luz Industries. Тази система представлява девет отделни ниски централи, които имат общ капацитет 354 MW. Генерират достатъчно количество електроенергия, за да отговорят на нуждите на около 500 000души.Тази технология използва хиляди огледала, с които съсредоточава слънчевата

11

енергия върху кула, в която се намира приемник с течност, която течност се загрява и получената пара се използва за задвижване на турбини , за производство на електроенергия. Използват се параболични колектори, където става преобразуването на топлинната енергия на Слънцето в електрична. Поради параболичната си форма, тези колектори могат да съсредоточат до шестдесет пъти повече електроенергия. Синтетично, олио циркулира през тръбите му и улавя слънчевата топлина, достигайки до t 39°C (735°F) Загрятото олио се изпомпва до централата и преминава през топлообменника за производство на пара, след което парата задвижва конвенционална парна турбина . SEGS системите са конфигурирани като хибриди – могат да работят и на природен газ и в облачни дни, и след залез Слънце.

12

Една от слънчевите централи SEGS

Скица на параболичен колектор

За по доброто използване на слънчевото греене през 1982г. е създадена слънчева инсталация : СЛЪНЧЕВА 1, която работи успешно до 1988г. и доказва, че кулата работи ефективно за производство на електроенергия от слънчева енергия. При нея слънчевата енергия се събира в

13

кула, в която има приемник с течност. Чрез хиляди огледала, които следят Слънцето и отразяват слънчевите лъчи върху приемника и затоплят течността в него. СЛЪНЧЕВА 1 използва като топлопроводна течност в приемника вода, която създава няколко проблема: от гледна точка на съхраняване на водата и непрекъснатата работа на турбината. За справянето с този проблем тя е модернизирана в СЛЪНЧЕВА 2, която работи от 1996г. до 1999г. и двете системи имат капацитет 10MW електроенергия. Уникална характеристика на СЛЪНЧЕВА 2 е използването на разтопена сол за улавяне и съхранение на слънчевата топлина в приемника. Тази гореща сол е съхранявана и използвана, когато е необходимо за производство на пара за задвижване на турбината. Тя може да работи и в тъмната част на деня и при облачно време. СЛЪНЧЕВА 2 е изведена от експлоатация през 1999 г.и е преустроена от Калифорнийския университет в Дейвис в съоръжение за улавяне и измерване на γ –лъчите от атмосферата, (известно е като телескоп Cherenkov) през 2001 година.

14

Изглед на съоръжение Слънчева Две , което показва силата кула (вляво), заобиколена от слънчеви огледала за проследяване

Използването на слънчевата енергия в САЩ не спира до тук Строят се нови съоръжения за улавяне и използване на слънчевата енергия. Строят се нови слънчеви системи: НЕВАДА СЛЪНЧЕВА 1. Тя се намира в Боулдър Сити, Невада. Тя е построена от американското министерство на енергетиката, Народната лаборатория за възобновяема енергия и Acciona. НЕВАДА СЛЪНЧЕВА 1 използва параболични корита, като термални слънчеви концентратори, отоплителни тръби за течност, която действа като слънчев приемник. Тези тръби са със специално

15

покритие, изработени от стъкло и стомана.Тази слънчева система също използва технология, която събира топлината чрез разтопена сол, така че тази топлина може да се използва през нощта. Строежът на слънчеви централи продължава и през декември 2007 г. военновъздушните сили на САЩ обявяват завършването на нова фотоволтаична (PV) система NELLIS в Кларк Каунти. Тя е една от най-големите слънчеви фотоволтаични системи в Северна Америка. Заема площ от 140 акра(57хектара) земя. Там са монтирани фотоволтаични системи от панели тип Sun Power. Панелите следят Слънцето и всеки набор от панели се върти около една ос и проследява Слънцето от изток на запад. Системата ще генерира повече от 30 милиона kV/h електроенергия на година.

16

Nellis слънчева електроцентрала тези панели следите на слънцето в

една ос.

Използването на слънчевата енергия ще продължава и в бъдеще!

В процес на строителство е нов слънчев енергиен механизъм в югоизточна Калифорния IVANPAH. Системата ще се състои от три отделни части. Съоръженията ще са от хиляди малки плоски, подвижни огледала наречени „heliostats”. Те ще фокусират слънчевата енергия върху котел намиращ се в централна кула с вода, която се загрява до 1000°C. Там ще се образува пара, която ще задвижва турбина за производство на електроенергия. Системата ще се състои от групи „Слънчеви панели”, като всяка кула ще произвежда 20 MW електроенергия.

17

Първият етап за изграждане е планиран за края на 2010г. Други слънчеви инсталации, които са в проект

за строителство са: Mojave Слънчев парк ще произведе 553 мегавата електроенергия от слънчевата енергия,когато бъде завършен през 2011г., което е равно на захранване на 400 000 домове.

AV Слънчев Ranch 1 е планирана 230 MW централа, собственост на NextLight възобновяема енергия . Фотоволтаичните масиви ще заемат около 2100 акра (850 хектара) в Antelope долина . Ако започне строителството на проекта през 2010г., се очаква да бъде напълно готов до 2013 г. И да произвежда около 600 (GW·з) енергия годишно-достатъчно, за да отговори на нуждите на 70 000 домове. Освен слънчева енергия в САЩ за производство на електроенергия все повече и повече се използва и силата на Вятъра. Построени са големи вятърни паркове , където се улавя и преобразува енергията на вятъра. Вятърната енергия е форма на слънчевата енергия, която се получава от непостоянното затопляне на земната повърхност. Вятърната енергия не произвежда радиоактивни отпадъци и не струва нищо. Може да се използва и децентрализирано и

18

не изисква изграждане на обширна инфраструктура, както за енергоснабдяваща мрежа, така и за горива. Вятърният поток се използва от хората от много години и за различни цели. Вятърната енергия е задвижвала лодки по река Нил още през 5000 г.пр. н. е. До ХІ век хората в Близкия Изток използвали широко вятърните мелници. Вятърната енергия е използвана и за изпомпване на вода от земеделски стопани, а по-късно и за генериране на електричество за дома и индустрията. Индустриализацията първо в Европа, а после и в Америка води до постепенно намаляване на използването на вятърните мелници. През 1930 г. е осигурена евтина електроенергия за селските райони на САЩ –от вятъра. Построени са много вятърни ферми, които представляват групи от турбини, захранващи с електроенергия Европа и САЩ. В САЩ инсталираните вятърни мощности през 2008 г. са 42٪процента от всички в света. Енергията на вятъра е алтернативна на изкопаемите горива, има я в изобилие, възобновяема, чиста и произвежда малко количество парникови газове. Изборът на място за вятърни ферми е много важен въпрос. Освен възможностите на вятъра, трябва да се отчитат и други важни фактори -цена на земята, влияние върху околната среда, цена на произведената енергия. Всяка турбина във фермата, извлича част

19

от енергията. Там където земята е достатъчна, турбините се поставят на разстояние между 3 и 5 ротора една от друга, перпендикулярно на вятъра и от 5 до 10 ротора срещу вятъра –така се намалява загубата на ефикасност, защото турбините взаимно си влияят. В САЩ вятърът е най-атрактивният източник за генериране на електроенергия, както икономически така и екологично. Вятърните турбини преобразуват кинетичната енергия на вятъра в механична. Тези механична енергия може да бъде използвана за специфични цели, една от които е производство на електроенергия.

На диаграмата – ветровия ресурс в САЩ

Вятърните турбини са разделени на два типа: хоризонтални и вертикални. Най-често използваните са хоризонталните. Състоят се от висока кула, на върха на която стои подобен на

20

перка ротор, чието лице среща вятъра, генератор, контролер и други компоненти. Повечето турбини са с две или три перки. Цялата конструкция е прикрепена към специални пилони, като по този начин се оползотворяват силните и по-малко турбулентни ветрове на височина около 30 метра и повече. Перката на вятърната турбина прилича на самолетно крило по начин си на действие. Когато духа вятърът от долната страна на крилото се образува въздушен „джоб”, който я придърпва към себе си. Тази сила е много по-голяма от натиска, упражняван върху предната част на перката, а редуването им води до постоянното въртене на ротора и желаното генериране на електричен ток.

Изглед на вятърна турбина Вертикалните турбини са Савониус и Дариус, но нито една от двете не са в употреба днес.

21

Общественозначими са турбини с размери от

100kW до няколко MW. Те са обединени във ветропаркове. За да се създаде един вятърен парк е необходимо да се оценят ветроусловията. Те се оценяват в седем енергийни класа, които във възходящ ред показват прогресивното нарастване на плътността на ветровата мощност. Преди започването на какъвто и да било проект е необходимо да се подберат най-подходящите турбини. Всяка турбина произвежда по-малко електроенергия, отколкото когато е самостоятелна. В САЩ е прието за икономически рентабилен проект да се смята проект, който е от четвърти или по-висок ветроклас.

Едни от най-големите вятърни паркове в САЩ е

Опушен Хилс вятърен парк – фаза 1 и в проект фаза 2.

22

Намира се западно от Salina, Канзас, на около 20 мили, а фаза 2 – в Линкълн и Ellsworth. Използва турбини с мощност 1,8 MW –модел 56 Vestas и произвежда достатъчно електроенергия за захранване на 37 000 жилища годишно. Проектирана е в два етапа. Първият, който функционира в момента е с мощност 100,8 MW и втори – който е в процес на изграждане от 19.11.2008 г. е с 99 турбини GE 1,5MW с допълнителна мощност от 150MW. Турбините са производство на Vestas. Високи са 80 метра и 80 метра диаметър на ножа. Заема площ 120 000 декара. Проектът се вписва добре в съществуващата инфраструктура и е подкрепян от обществото. Той е възможност за ниска

23

себестойност на получената енергия и опазване на околната среда. Например фаза 1 –компенсира около 300 000 тона емисии на въглероден диоксид, 1000 тона азотни оксиди и 1400 тона серен диоксид.

24

Устройство на вятърен генератор

25

26

Друг вятърен парк в САЩ е Грей Каунти вятърен парк, който се намира близо до Моктесума, Канзас. Той е най-голямата вятърна ферма в Канзас. Тя има 170 турбини с капацитет 112 -достатъчни да захранят 33 000 домове. Отделните кули на турбините са високи 217 фута, а ножовете са с дължина 77 фута. Този район е избран, защото средната скорост на вятъра е около 20 мили в час. Турбините работят само когато скоростта на вятъра е между 10 и 56 мили в час.

Освен на сушата вятърни централи се строят и в морето.

В САЩ започва изграждането на вятърна централа в морето. Проектът е на стойност един милиард долара и ще се осъществи край бреговете на Масачузетск. Вятърните генератори ще се намират на 8 километра от брега, на 22 километра от Натъкне и 14 километра от Марта с Винят. Поставено е условие да се намали броят на

27

вятърните генератори от 170 на 130 и да се конфигурира разположението им, за да се намали влиянието им върху гледката. Те трябва да са боядисани така, че да се сливат максимално с океана и небето. Има много протести против изграждането на този вятърен парк. Местните жители в продължение на 10 години се опитват да попречат на изграждането му, защото вятърните турбини ще развалят гледката на богатите собственици на луксозни вили. Но министърът на вътрешните работи на САЩ одобрява проекта, който ще произвежда до 468MW електроенергия и ще ограничи до минимум парниковия ефект. В момента в САЩ производството на електроенергия от вятъра се е увеличила с 40٪през 2009 г. в сравнение с 2008 г. Американската вятърна индустрия добавя допълнително тридесет и девет процента към производствените си мощности. Страната вече произвежда 2٪от електроенергията си от вятъра. Според доклада на Американската асоциация за вятърна енергия през 2009 г. са добавени рекордните 9900 MW, което е с 18٪повече от капацитета. Американското министерство на енергетиката е заинтересувано от възможността за изграждане на плаващи турбини. Повечето вятърни турбини са монтирани на пилони достигащи до дълбочина около 25-30 метра, но за дълбоки води единственото възможно решение са плаващите платформи.

28

Ветровете и Слънцето –те са нашата алтернатива за получаване на екологично чиста и евтина енергия. Те са обещание за безкраен екологичен източник. Надежда за спасението на нашата планета. Те са практически неизчерпаем източници на енергия. Те не водят до замърсяване на околната среда и до климатични аномалии. Те притежават качества, с които нито един от традиционните източници за производство на електроенергия не може да се похвали. Чистите и модерни технологии надежда, че бъдещето може да е основно от неизчерпаеми и незамърсяващи околната среда производства. Възобновяаемите източници на енергия намаляват емисиите на парниковите газове и отделянето на киселини, подобряват качеството на въздуха.

Те са решение на социалните проблеми, свързани с

настоящата употреба на енергия.

29

ИЗТОЧНИЦИ: Dnevnik.bg www.b2b.bg www.ecomedia.bg Wikipedia