Автономная некоммерческая общеобразовательная организация

«Физтех-лицей» имени П. Л. Капицы

XIX научно-практическая

конференция

«Старт в инновации»

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Выполнили:

Волдеев Владимир

Даньшов Арсений

Калюжный Михаил

Мосолов Артем

ученики 7 «А» класса

Руководитель: Зворыгина Е.С.

г. Долгопрудный

2020 г.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Виды энергии и способы ее получения

1.1. Энергия и ее источники 4

1.2.Традиционные источники энергии 6

1.3. Альтернативные источники энергии 9

2. Применение альтернативных источников энергии на практике 1

5

2.1. Изучение принципа работы ветрогенератора и солнечной батареи 1

5

2.2. Собираем солнечную батарею 1

7

2.3. Использование альтернативных источников энергии при работе

теплицы в условиях Московской области

1

7

Выводы 2

0

Список используемой литературы 2

1

Приложения 2

3

3

ВВЕДЕНИЕ

Существование и развитие человечества невозможно без использования энергии.

Численность населения стремительно увеличивается, темпы производства растут, что

приводит к увеличению потребления энергии и вопрос энергетического обеспечения

приобретает первостепенную важность.

Энергетика – основа любых процессов во всех отраслях народного хозяйства,

главное условие создания материальных благ и повышения уровня жизни людей.

Энергетика сегодня является важнейшей движущей силой мирового экономического

прогресса, от еѐ состояния напрямую зависит благополучие миллиардов жителей

планеты. В качестве источников энергии люди традиционно используют органическое

топливо-уголь, нефть и газ. Но их запасы исчерпаемы. Кроме того, в результате

деятельности традиционной энергетики происходит отрицательное воздействие на

атмосферу, литосферу и гидросферу, что увеличивает вероятность возникновения

экологической катастрофы. Например, при сгорании органического топлива происходит

образования различных вредных продуктов, загрязняющих окружающую среду, а при

чрезмерном использовании воды постоянно меняется уровень воды, что может привести к

катастрофическому наводнению или к засухе. К тому же, при их переработке выделяются

вредные вещества, негативно влияющие на окружающую среду. Поиск новых источников

энергии и развитие альтернативных способов получения энергии – это приоритетная задача человечества в новом тысячелетии.

В связи с интенсивным экономическим ростом ученые предупреждают нас о

резком уменьшении запасов топливных ресурсов уже к 2100 году, такое заявление

заставляет предпринимать экстренные меры по изучению и активному освоению так

называемых нетрадиционных энергоисточников: геотермальной энергии, Солнца, ветров,

приливов и отливов, биологических ресурсов. В ближайшие десятилетия человечеству

предстоит огромная работа: необходимо найти возможность использовать данные

источники энергии в промышленных масштабах и справиться с недостатками

перечисленных ресурсов: нестабильностью, высокой стоимостью, цикличностью,

неравномерным распределением по поверхности планеты. Мы в составе своей исследовательской группы решили изучить возможность

использования альтернативных источников энергии как перспективных для дальнейшего

развития цивилизации, привлечь внимание общественности к этой проблеме и показать,

как можно постепенно отказываться от привычных ресурсов в пользу неограниченных в

пространстве и времени источников тепла, света и топлива.

Цель работы:

Определить эффективность применение альтернативных источников энергии в

повседневной жизни.

Задачи:

1. Исследовать различные источники энергии, их преимущества и недостатки.

2. Изучить принцип работы ветрогенератора и солнечной батареи.

4

3. Сконструировать модель солнечной батареи и испытать еѐ.

4.Применить альтернативные источники энергии для обеспечения работы

автономной теплицы.

Гипотеза: выгодный альтернативный источник энергии - это солнечная батарея.

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, сравнение, анализ,

моделирование.

5

1. ВИДЫ ЭНЕРГИИ И СПОСОБЫ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ

1.1. Энергия и ее источники.

История цивилизации — история изобретения все новых и новых методов

преобразования энергии, освоения ее новых источников и в конечном итоге увеличения

энергопотребления.

Энергетика - область хозяйственно-экономической деятельности человека,

совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для

преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Еѐ

целью является обеспечение производства энергии путѐм преобразования первичной,

природной энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. [20]

Энергетические ресурсы— это все источники разнообразных видов энергии, доступные для промышленного и бытового использования в энергетике [20].

Классификация источников энергии

Традиционные источники энергии:

1. Сжигание угля и торфа, нефти, природного газа.

2. Ядерное деление урана.

3. Гидроэнергетика.

Альтернативные (возобновляемые) источники энергии:

1. Энергия ветра

2. Энергия солнца

3. Энергия приливов и отливов

4. Энергия волн морей и океанов

5. Геотермальная энергия

Распределение объемов мирового энергопотребления по видам топлива и темпы

роста энергопотребления представлены в Приложении (№1).

Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился

добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ.

Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека.

Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий

труда, развитием кузнечного производства. К XV в. средневековый человек, используя

рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял

приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек.

Особенно заметное увеличение мирового потребления энергии произошло за

последние 200 лет, прошедшие с начала индустриальной эпохи, — оно возросло в 30 раз.

Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем

первобытный человек, и живет в 4 раза дольше.

В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей

промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех

промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития

других отраслей. Специфической особенностью электроэнергетики является то, что ее

продукция не может накапливаться для последующего и пользования, поэтому

потребление соответствует производству электроэнергии и по размерам (разумеется, с

учетом потерь) и во времени.

6

Представить себе жизнь без электрической энергии уже невозможно.

Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и

сельское хозяйство, науку и космос, наш быт. Столь широкое распространение

объясняется ее специфическими свойствами: возможностью превращаться практически во

все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и т.п.);

способностью относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших

количествах; огромными скоростями протекания электромагнитных процессе

способностью к дроблению энергии и образованию ее параметр (изменение напряжения,

частоты).

Электроэнергетика стремительно преображается. Объемы мирового

энергопотребления по видам топлива и темпы роста энергопотребления представлены в

Приложении1. Основные этапы развития энергетики в мире пришлись на 20 век.

Использование различных источников энергии являлось способом выживания для

человечества во все времена, но энергетические запросы людей постоянно растут. На

протяжении всего 20-го столетия в мире наблюдался непрекращающийся рост

потребления энергоресурсов, увеличившись к 2000 году более чем в 15 раз, а население

планеты выросло в этот период в 4 раза.

Можно выделить четыре основных этапа развития энергетики в 19-21 веке

(Приложение 2).

Первый этап развития энергетики (1860-1910гг.) Доля угля составляла не менее

92%, постоянно росла доля нефти (6%), совсем незначительна была доля природного газа

и гидроэнергии. За данное десятилетие рост энергетики составил 150%.

В начале второго этапа развития энергетики добыча угля составляла 84%,

нефти – 11%, газа природного – 2%, гидроэнергии – 3%. С этого момента доля угля

неуклонно падает в пользу нефти и газа. Резко растет добыча нефти вместе с развитием

автомобильной и авиационной промышленности. В 1930-1950 гг. Мексика и Венесуэла

добывают 20% мировой нефти. В 30-е годы СССР налаживает экспорт нефти. Для второго

этапа развития энергетики характерно увеличение важности транспортировки ресурсов

внутри стран и за пределами. Во второй половине 40 -х годов начинается всплеск

строительства трубопроводов. США становятся лидером по производству энергии.

С начала 50-х до середины 70-х гг. длится третий этап развития энергетики. В

1954 году в СССР введена в эксплуатацию первая атомная электростанция, а в 1957 – в

США. Добыча урана достигла 2%. Третий этап развития энергетики ознаменован

серьезнейшим кризисом отрасли, начавшимся 17.10.1973, когда все арабские страны-

члены ОПЕК отказалась от поставок нефти странам, оказавшимся на стороне Израиля в

«Октябрьской войне» с Сирией и Египтом. Это касалось прежде всего США и их

союзников в Западной Европе. После этого развитые страны стали вкладывать огромные

средства на развитие собственных энергетических баз.

Четвертый этап развития энергетики характерен значительным снижением темпов

роста в отрасли, резким ростом цен на ресурсы, сокращением доли импорта нефти

многими странами, значительным увеличением роли атомной энергетики. В 80-е годы

существенно поменялась картина в развитии АЭС, а именно, Юго-Восточная и Восточная

Азия прочно укрепили свои позиции и лидируют в мире, вводя новые мощности,

эффективно их эксплуатируя, совершенствуя технологии мирного атома. На четвертом

этапе развития энергетики мировое сообщество осознало необходимость поиска иных

путей, а также чистых экологически и возобновляемых источников энергии. В последние

7

десятилетия происходит ускоренная структурная перестройка энергопотребления –

переход с прямого использования топлива на самый универсальный (или

безальтернативный для многих процессов) и эффективный энергоноситель –

электроэнергию, идет активная электрификация всех секторов потребления.

В настоящее время мы являемся свидетелями энергетического перехода

(четвертый этап). В последнее десятилетие были получены важные продвижения в

коммерциализации широкого спектра нетрадиционных энергетических ресурсов и

технологий – ветровые электростанции, солнечные батареи, аккумуляторы

электроэнергии и другие. Доля НВИЭ (без учета гидроэнергии) в общем объеме

потребления первичной энергии в 2017 г. составила 3 %, но она стремительно растет. На

современном этапе геоэнергетического перехода основным драйвером становится не

столько экономическая привлекательность новых источников энергии, сколько

качественно новый фактор – использованием возобновляемых источников энергии и

борьба с глобальным изменением климата.

Таким образом, энергетика – основа любых процессов во всех отраслях

народного хозяйства, главное условие создания материальных благ и повышения уровня

жизни людей. Энергетика сегодня является важнейшей движущей силой экономического

прогресса, и от еѐ состояния напрямую зависит благополучие миллиардов жителей

планеты.

1.1.Традиционные источники энергии

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является еѐ давняя и

хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях

эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всѐм мире получают именно на

традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто

превышает 1000 Мвт.

Традиционная электроэнергетика делится на два направления:

Невозобновляемая

- тепловая энергетика

- атомная (ядерная энергетика)

Возобновляемая

- гидроэнергетика

Тепловые электростанции

Теплова я электроста нция — электростанция, вырабатывающая электрическую

энергию за счѐт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в

тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора. В качестве

топлива широко используются различные горючие ископаемые топлива: уголь,

природный газ, реже — мазут, ранее — торф и горючие сланцы. Теплоэнергетика в

мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе угля вырабатывается

46% всей электроэнергии мира, на базе газа — 18%. Суммарно тепловые станции

обеспечивают около 2/3 от общей выработки всех электростанций мира.

ТЭС делятся на: паротурбинные электростанции, газотурбинные электростанции и

парогазовые электростанции [18].

В традиционных теплоэлектростанциях топливо сжигается в паровом котле,

нагревая и превращая в пар закачиваемую воду. Полученный пар под давлением

поступает в турбогенератор, в котором тепловая энергия пара превращается в

8

механическую энергию вращения вала, на котором установлен электрический генератор.

В газотурбинных теплоэлектростанциях при сжигании газообразного или жидкого

топлива смесь горячих газов непосредственно вращает турбину газотурбинной установки.

После турбины газы остаются достаточно горячими для полезного использования в котле-

утилизаторе для питания паросилового двигателя (Приложение № 2).

Преимущества

1. Возможность работать на разных видах топлива.

2. Доступность. Возможно строить в любом регионе.

3. Низкая себестоимость энергии.

4. Быстрые темпы и низкая стоимость строительства.

Недостатки

1. Небезопасность для окружающей среды. В процессе работы ТЭС

происходит загрязнение атмосферы из-за выброса в неѐ дыма и копоти, сернистых и

азотистых соединений в большом количестве.

2. Работают на невозобновимых ресурсах.

3. При добыче полезных ископаемых образуются пустоты внутри Земли.

4. Потребляют большое количество топлива при работе.

5. Медленная смена режима работы.

6. Необходимость доставки топлива в больших количествах.

Атомные электростанции

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — отрасль энергетики, занимающаяся

производством электрической и тепловой энергии путѐм преобразования ядерной энергии.

Атомные электростанции различаются по типу реактора (на быстрых и на

медленных нейтронах), по виду отпускаемой энергии (АЭС и АТЭЦ), по количеству

контуров (одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные). В зависимости от типа

конструкции в состав атомной электростанции могут входить: ядерный реактор, турбина,

конденсатор, электрогенератор, парогенератор и др.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию

деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядерная реакция возникает при делении ядра

атома. Ядра атомов разделяют нейтроны, которые попадающие в них извне. При этом

возникают новые нейтроны и осколки деления, которые имеют огромную кинетическую

энергию. Эта энергия передается теплоносителю, который поступает в парогенератор, где

нагревает до кипения воду. Полученный при кипении пар вращает турбины, связанные с

электрогенератором (Приложение №3) [1].

Ядерная энергетика остаѐтся предметом острых дебатов. Сторонники и противники

ядерной энергетики резко расходятся в оценках еѐ безопасности, надѐжности и

экономической эффективности. Опасность связана с проблемами утилизации отходов,

авариями, приводящими к экологическим и техногенным катастрофам, а также с

возможностью использовать повреждение этих объектов как оружие массового

поражения.

Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно развитых

странах, где недостаточно природных энергоресурсов — во Франции, Бельгии,

Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии. Эти страны производят от 20 до 80 (во

Франции )% электроэнергии на АЭС. В США на АЭС производят только 1/8 своей

электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства. В России в

2019 году АЭС произвело 10,3 % от всей электроэнергии [1].

Преимущества

1. Небольшой объѐм используемого топлива и возможность его повторного

использования после переработки.

9

2. Запасы урана достаточно велики. Потенциальные запасы урана составляют

свыше 6 миллиардов тонн. Уран способен обеспечить планету энергией весьма долгое

время.

3. Доступность. Для работы АЭС не нужны водные или солнечные ресурсы,

время дня и сезон не имеют значения.

4. Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок.

5. Низкая себестоимость энергии.

Недостатки

1. Небезопасность для окружающей среды. В результате работы АЭС

накапливаются токсичные отходы производства, требующие сложных и дорогих мер по

переработке и хранению

2. Уран – невозобновляемый ресурс. Запасы урана внушительны, но не

бесконечны.

3. Небезопасность для человечества. В случае сбоя в работе возможно

возникновение ядерной катастрофы, которая нанесет непоправимый урон большим

территориям земного шара.

4. Тепловое загрязнение окружающей среды.

5. Большие финансовые вложения, необходимые для постройки станции, еѐ

инфраструктуры, сложнейших системам безопасности, а также в случае возможной

ликвидации.

6. Невозможность работы с переменной мощностью.

7. Небольшой срок эксплуатации станции (35 лет).

Гидроэлектростанции

Гидроэлектроста нция(ГЭС) — электростанция, использующая в качестве

источника энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях.

Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для

эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора:

гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки,

благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа. На 2018 год

гидроэнергетика обеспечивала производство до 76% возобновляемой и до 16% всей

электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигала 1015

ГВт. Доля ГЭС в выработке энергии в России составляла 19,5%.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений

обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая

приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию (Приложение № 4).

Виды ГЭС в зависимости от принципа использования природных ресурсов:

1. Плотинные. Напор воды создаѐтся посредством установки плотины, полностью

перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку.

Такие ГЭС строят на многоводных равнинных реках и на горных реках, в местах, где

русло реки более узкое, сжатое.

2. Приплотинные. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река

полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в

нижней еѐ части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные

напорные тоннели, а не непосредственно.

3. Деривационные ГЭС. Используются при большом уклоне реки. Необходимая

концентрация воды в ГЭС такого типа создаѐтся посредством деривации. Вода отводится

из речного русла через каналы и специальные водоотводы. В итоге вода подводится

непосредственно к зданию ГЭС [8].

Преимущества

10

1. Неисчерпаемость. Вода является возобновляемым ресурсом.

2. Безопасность для окружающей среды. Работа гидроэлектростанции не

сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

3. Возможность работать в разных режимах мощности и контролировать

выработку электричества.

4. Быстрая подача рабочей мощности после включения.

5. Смягчение климата вблизи крупных водохранилищ

Недостатки

1. Необходимость подбора подходящей территории. Для работы станции

необходимо наличие подходящей реки.

2. Высокая стоимость строительства гидроэлектростанции.

3. Затопление пахотных земель. Водохранилища часто занимают значительные

территории, изымая их из сельскохозяйственного оборота.

4. Влияние на экосистему. Сокращенные и нерегулируемые попуски воды из

водохранилищ по 10-15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем

по всему руслу рек.

1.2.Альтернативные источники энергии

С увеличением потребности в энергии, общество все лучше понимает, что

доступных на сегодняшний день источников не достаточно, чтобы обеспечить будущие

потребности человечества. Поэтому существует срочная необходимость поиска новых

способов получения энергии, более экологичных, не зависящих от полезных ископаемых.

Альтернати вная энерге тика — 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 — способ, устройство или сооружение,

позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и

заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти,

добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии —

потребность получать еѐ из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых

природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и

экономичность [9].

Для ознакомления с альтернативными источниками энергии мы посетили

Международную выставку «Возобновляемой электроэнергетики и электротранспорта

RENWEX 2019». В экспозиции было представлено оборудование и технологии для

ветро, солнечной, гидро-, геотермальной и биоэнергетики. Мы ознакомились с новыми

исследованиями в сфере возобновляемых источников энергии, например, с разработкой

нового особо прочного дюропластика для изготовления винтов ветрогенераторов,

каркасов солнечных батарей, что позволит применять их в условиях низких температур.

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. Также, 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.

К альтернативным источникам энергии относятся: энергия солнечного излучения,

энергия ветра, энергия приливов, геотермальная энергия, биоэнергия, энергия волн.

11

Прогноз развития энергетики мира и России от 2019г. выделяет сценарии мирового

потребления ВИЭ по видам топлива и секторам потребления в 2015, 2040 гг (Приложение

№ 6).

Зависимость стоимости популярных категорий ВИЭ к объемам накопления их

промышленного выпуска в период с 2010 по 2020 гг. демонстрирует положительное

влияние развития технологий в ТЭС (Приложении №7).

Солнечные электростанции

Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на

непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-

либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и

является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время

активной фазы использования[15].

Солнечные батареи массово применяются во многих отраслях за счет своей

многофункциональности и простоты. Появляются дома с встроенными аккумуляторными

источниками солнечной энергии. Мировые производители электроники и бытовых

приборов внедряют солнечные панели в свою продукцию, распространено использование

солнечных батарей в качестве уличного освещения. В космонавтике солнечные батареи

снабжают электроэнергией системы жизнеобеспечения космических станций,

обеспечивают бесперебойную работу аппаратуры.

Способы преобразования энергии солнца можно разделить по видам получаемой

энергии и способам ее получения, это:

1. преобразование в электрическую энергию с помощью солнечных панелей из

фотоэлектрических элементов, которые служат приемниками солнечной энергии в

системах солнечных электрических станций. Панели различаются по структуре

(поликристаллические, монокристаллические, с напылением кремния), габаритным

размерам и мощности.

2. преобразование в тепловую энергию путем использования коллекторов

различных типов и конструкций. Под воздействием солнечных лучей, нагревается и

испаряется специальная жидкость, пар передает свою энергию теплоносителю. Отдав

тепловую энергию пар конденсируется и процесс повторяется (Приложение №5) [15].

Преимущества

1. Неисчерпаемость. Солнечная энергия – возобновляемый ресурс. Каждый

день наша планета облучается около 120 тысячами ТВт света самой большой звезды. А

это в 20 тысяч раз больше энергии, чем весь мир способен потреблять ежедневно. Еще

более 5 млрд. лет жители Земли могут не беспокоиться об истощении солнечного ресурса

[14]. По человеческим меркам, это неисчерпаемый энергоресурс, и развитие

гелиотехнологий — это существенный вклад в жизнь будущих поколений.

2. Доступность. Энергию из солнечных лучей можно собирать и использовать

каждый летний (и даже зимний) день, по всей поверхности Земли. Гелиосистемы могут

работать в любой точке земли — как на экваторе, так и в Антарктиде. Температура

воздуха роли не играет, необходим лишь доступ к солнечному свету.

3. Безопасность для окружающей среды. При работе солнечной

электростанции отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ.

4. Экономическая выгода. Солнечные электростанции (СЭС) сохраняют свою

эффективность 25 лет. После этого срока некоторые показатели снижаются, но станция

продолжает работать. Обновлять систему можно частями, заменяя отдельные модули на

новые.

5. Автономность. Возможность применения в труднодоступных регионах, где

нет централизованных электросетей.

12

6. Отсутствие шумов. Из-за отсутствия движущихся узлов на самом ресурсе,

выработка энергии происходит тихо. Это позволяет устанавливать СЭС даже на крышах и

стенах жилых домов.

Недостатки

1. Нестабильность. Солнечные батареи нестабильно работают в пасмурную

погоду, при выпадении снега и не работают ночью.

2. Высокая стоимость оборудования.

3. Необходимость в техническом обслуживании. Вне зависимости от типа,

солнечные панели регулярно нуждаются в очистке от пыли. Кроме того, некоторые типы

панелей могут перегреваться, поэтому они нуждаются в системах охлаждения или

вентиляции.

Ветряные электростанции

В самых отдалѐнных уголках земли, куда невозможно протянуть провода, роль

электростанций всѐ чаще берут на себя ветряки.

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на

использовании энергии ветра. Ветряная электростанция – установка, преобразующая

кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Состоит она из ветродвигателя,

генератора электрического тока, автоматического устройства управления работой

ветродвигателя и генератора (контроллера), сооружений для их установки и

обслуживания. Для получения энергии ветра применяют разные конструкции:

многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров; вертикальные роторы

и др. (Приложение № 8).

Запас ветряной энергии практически неисчерпаем. Ее запасы на планете в сто с

лишним раз больше, чем запасы гидроэнергии всех рек Земли. Общая мощность энергии

ветра на земном шаре оценивается в 2,43 * 1015МВт. Этот вид возобновляемой энергии

хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии [3].

Преимущества 1. Неисчерпаемость. Ветер будет существовать пока светит Солнце.

2. Доступность. Энергию из солнечных лучей можно собирать и использовать

каждый летний (и даже зимний) день, по всей поверхности Земли. Гелиосистемы могут

работать в любой точке земли — как на экваторе, так и в Антарктиде. Температура

воздуха роли не играет, необходим лишь доступ к солнечному свету.

3. Безопасность для окружающей среды. При работе ветростанции

отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ.

4. Экономическая выгода. В отрасли ветроэнергетики расходы на

оборудование стабильны, в то время как цены на электроэнергию увеличиваются.

Обновлять систему можно частями, заменяя отдельные модули на новые.

5. Автономность. Возможность применения в труднодоступных регионах, где

нет централизованных электросетей.

Недостатки 1. Необходимость подбора подходящей территории. Подбор местности

осуществляется на основе высокоточных расчѐтов. При этом учитываются: количество

ветреных дней; скорость воздушных потоков; частота их изменения и т.д.

2. Высокая стоимость оборудования.

3. Необходимость в техническом обслуживании. Вне зависимости от типа,

ветростанции регулярно нуждаются в очистке от пыли. Кроме того, некоторые типы

панелей могут перегреваться, поэтому они нуждаются в системах охлаждения или

вентиляции.

Геотермальные электростанции

13

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на

использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии на

геотермальных электростанциях, или непосредственно, для отопления или горячего

водоснабжения [6].

Этот способ получения электроэнергии основан на факте, что температура пород с

глубиной растет, и на уровне 2–3 км от поверхности Земли превышает 100°С. Запасы

геотермальной энергии в 35 млрд раз превышают годовое мировое потребление энергии.

Лишь 1% геотермальной энергии земной коры (глубина 10 км) может дать количество

энергии, в 500 раз превышающее все мировые запасы нефти и газа. Ясно, что это самый

крупный источник энергии, которым в настоящее время располагает человек. При чем это

энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для ее

получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы. В вулканических

районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно

небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в

виде гейзеров. Доступ к подземным тѐплым водам возможен при помощи глубинного

бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие

высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и

последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой

менее 100C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий,

потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника

тепла [6].

Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной

электростанции (Приложение № 9) [19].

Прямая схема:

природный пар

направляется по трубам в

турбины, соединенные с

электрогенераторами.

Непрямая схема:

пар

предварительно (до того

как попадает в турбины)

очищают от газов,

вызывающих разрушение

труб.

Смешанная

схема:

неочищенный пар

поступает в турбины, а

затем из воды,

образовавшийся в

результате конденсации,

удаляют не

растворившиеся в ней

газы.

Преимущества 1. Неисчерпаемость. Температура ядра Земли составляет 6000C, а скорость

остывания оценивается в 300-500 C за 1 млрд лет.

2. Стабильность. Геотермальная электростанция имеет полную независимость

от условий окружающей среды, времени года и суток. При соблюдении техпроцессов по

обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно

функционировать в режиме 24/7.

3. Безопасность для окружающей среды. Само по себе функционирование

геотермальной станции практически безвредно: еѐ выброс углекислого газа в атмосферу

оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных

станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых

— 469 кг [6].

4. Возможность использовать в виде геотермальной воды или смеси воды и

пара (в зависимости от температуры) напрямую для нужд горячего водо - и

теплоснабжения.

14

Недостатки

1. Необходимость подбора подходящей территории. Для постройки

геотермальной электростанции необходимо наличие высокой температуры недр на

небольших глубинах.

2. Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут

сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого

количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведѐнного электричества

хватит лишь для небольших населѐнных пунктов.

3. Высокая стоимость киловатта энергии. Несмотря на относительную

простоту конструкции ГеоТЭС, дорого обходятся геологоразведка и анализ, в результате

чего себестоимость геотермальных станций колеблется на уровне $2800/кВт

установленной мощности. Для сравнения: ТЭС — $1000/кВт, ветряки — $1600/кВт,

солнечная электростанция — $1800-2000/кВт, АЭС — около $6000/кВт.

4. Высокая вероятность минерализации термальных вод большинства

месторождений и наличия в воде токсичных соединений и металлов.

Приливные электростанции

Прили вная электроста нция 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.

Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн –

перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные

отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор. Во время прилива

вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы

водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море

понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним

электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит

(Приложение № 10) [12].

Считается экономически целесообразным строительство приливных

электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м.

Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе

строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин,

установленных в теле плотины [10].

Преимущества

1. Неисчерпаемость. Приливы — возобновляемый, надежный и предсказуемый

источник энергии.

2. Безопасность для окружающей среды. Выбросы в атмосферу отсутствуют.

3. Простота в обслуживании. Срок действия турбин не менее 30 лет.

4. Низкая себестоимость вырабатываемой энергии.

5. Защита прибрежных сооружений от штормовых разрушений.

Недостатки

1. Необходимость подбора подходящей территории. Приливную

электростанцию можно построить только на берегу морей и океанов.

2. Относительно низкая мощность.

3. Нестабильность. Приливы бывают два раза в сутки.

4. Высокая стоимость строительства плотины, соответственно ее длительная

окупаемость.

Волновые электростанции

15

Волновая электростанция (ВЭС) — электростанция, расположенная в водной

среде, целью которой является получение электроэнергии из кинетической энергии волн

[4].

По самым скромным подсчетам, этот потенциал оценивается в 2 млн МВт, что

сравнимо с 1000 работающих на полную мощность атомных электростанций, а на один

метр фронта волны приходится около 75 кВт/м. При этом не наблюдается абсолютно

никакого вредного воздействия на окружающую среду. Сегодня ВЭС нашли свое

применение для обеспечения электроэнергией небольших объектов. К ним относят

автономные маяки, маленькие поселения, береговые сооружения и буровые платформы.

Специалисты продолжают работать над улучшением конструкции ВЭС с целью снизить

стоимость получаемой энергии [13].

Волновые электростанции используют два источника энергии:

1. Кинетические запасы. Морские валы проходят через трубу большого диаметра и

вращают лопасти, которые передают усилие на электрогенератор. Применяется и

пневматический принцип – вода, проникая в специальную камеру, вытесняет оттуда

кислород, который перенаправляется по системе каналов и вращает лопасти турбины.

2. Энергия качения. В этом случае волновая электростанция выступает в роли

поплавка. Перемещаясь в пространстве вместе с профилем волны, она посредством

сложной системы рычагов заставляет вращаться турбину. Разными странами

используются свои собственные технологии преобразования механического движения

волн в электричество, но общая схема действия у них одинаковая (Приложение № 10) [4].

Преимущества

1. Неисчерпаемость. Энергия волн – возобновляемый ресурс.

2. Безопасность для окружающей среды. Работа не сопровождается выбросом

вредных газов, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не загрязняет почву.

3. Защита прибрежных сооружений от разрушений за счет гашения волн.

4. Низкая себестоимость вырабатываемого электричества. Большие волновые

ГЭС могут производить огромное количество электричества.

Недостатки

1. Зависимость от погодных условий. Когда поверхность океана спокойна,

волновая ГЭС не может производить энергию.

2. Некоторые типы волновых генераторов опасны для судоходства, что может

уменьшить количество рыбаков в крупных рыбопромышленных зонах.

3. Высокая стоимость установки электростанции. Из-за сложной конструкции

и сложной установки затраты на внедрение волновой электростанции в эксплуатацию

выше, чем на строительство АЭС или ТЭС.

Биотопливная энергетика

Биото пливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов

жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например,

этанол, метанол, биодизель), твѐрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы,

щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

Источниками топлива из биомассы являются деревья и травянистые растения,

водные и морские растения, отходы сельскохозяйственного и лесоизготовительного

производства, навоз и сточные воды, мусор. 54—60% биотоплива составляют его

традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушѐный навоз для отопления

домов и приготовления пищи. Их используют 38% населения Земли [2].

16

В настоящее время биомасса играет существенную роль в энергобалансах

промышленно развитых стран: в США ее доля составляет 4%, в Канаде – 7%, в Австрии –

14%, в Швеции – 16% общего потребления первичных энергоресурсов этих стран [7].

Методы получения энергии из биомассы основаны на следующих процессах:

Прямое сжигание биомассы.

Термохимическое преобразование для получения обогащенного топлива.

Процессы этой категории включают пиролиз, газификацию и сжижение.

Биологическое преобразование. Такие естественные процессы, как

анаэробное сбраживание и ферментация приводят к образованию полезного газообразного

или жидкого топлива (Приложение № 12) [2].

Преимущества:

1. Неисчерпаемость. Сотни миллионов запасов создано природой и много тонн

образуется в результате деятельности человека.

2. Уменьшение количества мусорных отходов.

3. Экономическая выгода. По сравнению с природным топливом, данная

энергия намного дешевле в получении и использовании.

4. Стабильность. Биомассовая электростанция независима от условий

окружающей среды, времени года и суток. Крупные электростанции на биотопливе

способны работать беспрерывно.

Недостатки

1. Прямое сжигание биомассы все же приводит к выбросу небольшого

количества различных (в зависимости от типа используемой биомассы) загрязняющих

атмосферу веществ. Наиболее распространены окислы азота, окислы углерода и пыль.

2. Бесконтрольная заготовка некоторых видов топлива из биомассы

(например, древесины) для электростанций может нанести вред природе.

Проанализировав альтернативные источники энергии можно сделать заключение

о том, что все перечисленные альтернативные источники энергии имеют крайне

высокую перспективность и значимость в использовании и в дальнейшем развитии. Они

на порядок превосходят традиционные источники энергии в экологичности, независимы

от невозобновляемых природных ресурсов, способны помочь решить проблему отходов

и проблему с поставками энергии в труднодоступные районы. Их проблемой является

высокая стоимость оборудования и строительства станций. Но с учетом проводимых

исследований, поисков новых технологий производства и материалов, ученые

предсказывают, что стоимость оснащения и строительства альтернативных

электростанций будет уменьшаться с каждым годом.

2. Применение альтернативных источников энергии на практике

2.1. Изучение принципа работы ветрогенератора и солнечной батареи

Чтобы изучить принцип работы солнечной и ветровой электростанции мы

посетили Ветро-солнечную электростанцию компании ООО «Агама-Инжиниринг» в г.

Венев Тульской области. Ветро-солнечная станция является автономным объектом,

независимым от городской электрической сети. На крыше здания установлены солнечные

панели мощностью 270 Вт, ветрогенератор мощностью 2 кВт. Электростанция

используется для обеспечения нужд здания площадью 250м2. Контроль заряда АКБ и

защиту генераторов ветроустановки и оборудования выполняет контроллер, способный

замедлять вращение лопастей при превышении напряжения заряда, тока заряда или

предельно допустимой скорости вращения. Защита от штормовых ветров предусмотрена в

17

конструкции хвостовика ветрогенератора. При скорости ветра выше 10 м/с хвост начинает

вращаться вокруг горизонтальной оси и перестаѐт ориентироваться на ветер, что приводит

к снижению частоты вращения. Питание потребителей производится через гибридный

инвертор мощностью 5 кВА (4 кВт), преобразовывающий постоянное напряжение

системы 48 В в бытовое напряжение 220В. В случае чрезмерного разряда АКБ и

отсутствия солнца/ветра инвертор способен питать потребителей, а так же заряжать

аккумуляторы напрямую от сети. Оборудование работает автоматически, а все

необходимые параметры можно просматривать через приложение на смартфоне [17].

Мощность панелей 270 Вт

Ветрогенератор 2 кВт

Емкость АКБ 400 Ач

Выработка зимой 7 кВт

Выработка летом 15 кВт

На объекте применяется схема теплоснабжения от двух независимых источников –

аэротермальных тепловых насосов (2 х 71 кВт) и электрокотлов (2 х 36 кВт).

Электрокотлы, как самые мощные потребители электрической энергии, используются

только при сверхнизких температурах. Подключение котлов происходит ступенчато, в

зависимости от необходимой зданию тепловой мощности. Тепловые насосы оснащены

высокотемпературными спиральными компрессорами, работающими на хладагенте

R134A, который может нагреваться до 120°С , что позволяет агрегатам эффективно

работать даже при температурах окружающего воздуха до -25°С. Тепловые насосы могут

работать в режиме кондиционирования и отопления. Доводчиками тепла выступают

кассетные и напольные фанкойлы с пультовым управлением, что позволяет

индивидуально настраивать микроклимат внутри помещений. Емкость объемом 1000 л и

бак косвенного нагрева объемом 1000 л объединены в систему, позволяющую

использовать весь объем теплоносителя (2000 л) в холодное время года или нагревать

воду для нужд ГВС с помощью солнечного коллектора, даже когда основная система

работает в режиме кондиционирования. Вакуумный солнечный коллектор состоит из 10

трубок снабжен параболическим отражателем и способен передавать в систему до 8 кВт

тепла за световой день [17].

Итак, мы выяснили, что ветро-солнечная установка включает в себя следующие

элементы.

Ветрогенератор - преобразует энергию ветра в электрическую энергию,

которая поступает на контроллер;

Солнечные батареи - преобразуют энергию солнца в электрическую

энергию, которая поступает на контроллер;

Контроллер заряда ветрогенератора - осуществляет заряд аккумуляторных

батарей (АКБ) от ветрогенератора и солнечных батарей, контролирует уровень заряда

АКБ, выбирает оптимальный режим работы ветрогенератора, подтормаживает его при

сильном ветре или заряженных полностью аккумуляторных батареях, а также при

отсутствии потребления электроэнергии;

Аккумуляторные батареи - накапливают электроэнергию, поступающую от

ветрогенератора и солнечных батарей, имеют емкость необходимую для постоянной

работы электроприборов;

Инвертор - является основным устройством системы, осуществляющим

питание электроприборов. Преобразует электричество постоянного напряжения

(12/24/48В) от АКБ в переменное синусоидальное напряжение 220В.

Система монтируется следующим образом:

18

Ветрогенератор устанавливается на бетонном основании площадью около

0,5м2. Для надежности конструкции мачта может иметь дополнительные крепления в виде

тросовых растяжек.

Солнечные батареи устанавливаются на крыше объекта или на участке

земли при помощи комплектов для монтажа. Комплект для монтажа представляет собой

сборную конструкцию, обеспечивающую надежность крепления солнечных батарей,

оптимальный угол наклона к солнцу, вентиляцию солнечных батарей. Монтаж солнечных

батарей на крышу объекта осуществляется без нарушения целостности кровли.

Контроллер, инвертор, АКБ устанавливаются на вертикальной поверхности

или стеллаже в любом удобном месте внутри объекта, где температура воздуха не

опускается ниже 0°С (Приложение № 13) [5].

2.2. Собираем солнечную электростанцию

Для сборки солнечной электростанции использовалось следующее оборудование:

поликристаллические фотоэлементы – 36 шт., шинки – 184 шт., стекло 144,7Х64,5Х0,3 см,

алюминиевые уголки - 2шт, монтажный клей, герметик, контроллер, аккумулятор.

Процесс сборки:

1. 2 алюминиевых уголка соединяем друг с другом.

2. Вставляем стекло в рамку.

3. Припаиваем к каждому из 36 фотоэлементам по 5 шинок.

4. Затем припаиваем элементы друг к другу в 4 ряда.

5. Выкладываем ряды элементов на стекло.

6. К концам шинок припаиваем шинки большего размера (это будут + и -).

7. Припаиваем кабель для выхода энергии.

8. Герметизируем панель.

9. Подключаем к выходу контроллер заряда.

10. Подключаем к контроллеру аккумулятор.

В процессе сборки п.1-8 осуществляется сборка непосредственно солнечной

панели.

Далее нам надо подключить к солнечной панели контроллер заряда, он преобразует

напряжение тока 19В в 5В. Током с таким напряжением можно зарядить обычный

смартфон. Контроллер имеет USB порт, к которому мы подключаем кабель для зарядки

смартфона. Обычный аккумулятор емкостью 2000 мАч зарядится за 2 часа (Приложение

№ 14).

Характеристики оборудования:

Мощность солнечной панели: 159Вт.

Выработка зимой: 1.3 кВт.

Выработка летом: 2.5 кВт.

Емкость АКБ: 60 Ач.

Выходное напряжение контроллера: 24V.

2.3. Использование альтернативных источников энергии при работе теплицы

в условиях Московской области

Расчет получения электрической энергии для автоматической теплицы с помощью

солнечных батарей.

В качестве объекта обеспечения электроснабжения с помощью солнечной

электростанции, собранной в ходе данного проекта, была выбрана теплица одного из

участников нашей команды. Теплица, находится в Дмитровском районе Московской

19

области и оснащена электрооборудованием для автоматизации регулирования

климатических условий и состояния почвы.

В ходе работы требовалось оценить фактический уровень энергопотребления

тепличного комплекса на нужды поддержания климатических условий для выращивания

растений в сезонный период весна -лето -осень.

Перечень оборудования и расчетная потребляемая мощность представлена в

Приложении №16. Таким образом суточная мощность потребления электроэнергии в

сезоны весна и осень составляет 0,44 кВт, а в летний сезон 0,59 кВт в сутки. Проведенные

расчеты подтверждают достаточность вырабатываемой мощности солнечной

электростанции собранной собственными силами для нужд обеспечения теплицы. Мы

планируем начать ее эксплуатировать в сезон 2020 года.

Расчет инвестиционной привлекательности

В качестве экономических показателей проекта были выбраны показатели

инвестиционной привлекательности проекта: чистого дисконтированного дохода и

срока окупаемости [10]. (Приложение №15).

Мы выделили переменные, которые влияют на результат: срок службы панелей ,

стоимость электроэнергии в будущем, стоимость системы и эксплуатационные расходы

(расходные на материалы для очистки панелей, контроль и заряда аккумулятора и

проверка исправностей будет осуществляться собственными силами), коэффициент

инфляции Учитывая прогноз темпа роста тарифов на электроэнергию 10% (Приложение

№ 17) мы рассчитали объем оплаты электроэнергии сетевой электробытовой компании

Московской области указанного района в перспективе 10 лет. в случае эксплуатации

теплицы и отсутствия солнечной батареи. (Приложение № 18). Гарантийный срок у

закупленного оборудования - 12 лет. Таким образом расчетный период 10 лет попадает в

гарантийный период и в расчет не включены ремонтные работы.

Расчетная база инвестиционной привлекательности представлена в Приложении

№19.

Чистый дисконтированный доход ЧДД показывает эффективность вложения в

инвестиционный проект: величину денежного потока в течение срока его реализации и

приведенную к текущей стоимости (дисконтирование).

В проекте рассмотрены два варианта инвестиционной привлекательности данного

проекта:

1. вариант учитывает в качестве дохода только экономию средств на оплату

электроэнергии;

2. вариант учитывает доход от экономии оплаты электроэнергии и сэкономленные

средства от использования продукции, выращенной в теплице с учетом инфляции

текущего периода.

По проведенным расчетам доход варианта 1 за 10 лет – составляет 27 220 рубл, в

случае учета выращенной продукции в данной теплице (вариант 2) доход в указанный

период составит 85 550 рублей.

Из анализа расчетных значений ЧДД, можно сделать вывод, что оба варианта

доходной базы имеют инвестиционную привлекательность и, следовательно, проект

использования солнечной батареи целесообразен.

20

Вариант ЧДД Значение

рубл Примечание

Вариант 1

Только

экономия

электроэнергии 8 924,86

> 0 , т.о. С

экономической

точки зрения

инвестиция выгодна

Вариант 2

С учетом

урожая 30 223,86

> 0 , т.о. С

экономической

точки зрения

инвестиция выгодна

Для расчета срок окупаемости мы использовали ту же основу, что и для ЧДД и в

результате, можно сделать вывод о том, что проект использования солнечной

электростанции для теплицы в случае учета только экономии электроэнергии окупиться за

полгода, при учете продукции с теплицы за один сезон.

Вариант Срок окупаемости Значение

лет

Вариант 1

Только экономия

электроэнергии 0,49

Вариант 2 С учетом урожая 0,22

Проект использования собранной нами электростанции для теплицы на даче

инвестиционно привлекателен и с финансовой позиции и по срокам.

Дополнительная привлекательность проекта

1. Стоит также отметить, что в период эксплуатации солнечных панелей

наблюдается превышение расчетной выработки над потреблением и накопление излишков

энергии на аккумуляторах, таким образом в дальнейшем возможно использовать излишки

электроэнергии для освещения участка в летнее время.

2. Нематериальными преимуществами проекта является защита от повышения

цен на электроэнергию и наличие источника бесперебойного электричества в случае

стихийных бедствий.

3. Сохранение природного газа, потраченного на выработку необходимого нам

количества электроэнергии ( без учета КПД преобразования) – 1,8 м3 газа в год .

4. Экологические показатели, а именно, уменьшение выхлопов:

a. углекислого газа (СО2) на 86 000 г в год,

b. оксид азота (N2O) на 0,615 г в год;

c. метана (CH4). на 4,3 г. в год.

21

22

ВЫВОДЫ

В ходе работы мы изучили понятие энергии, ее основных источников. Узнали, что

они подразделяются на традиционные и альтернативные.

Проанализировав различные источники информации, выяснили, что в России

использование возобновляемых источников энергии находится на низком уровне, т.к.

страна богата собственными ресурсами, и электричество в основном получают путем

сжигания угля, газа и нефти. Однако их мировых запасов по самым оптимистичным

прогнозам ученых хватит на 150-300 лет. Атомная энергетика не оправдала ожиданий, т.к.

остро стоит проблема захоронения отходов и нанесения ущерба окружающей среде.

Узнали, что в последнее время в России начинает наблюдаться интерес к новым

технологиям получения электроэнергии с помощью возобновляемых источников.

Интересу способствуют три фактора: рост цен на электроэнергию (Приложение № 17),

удешевление технологии производства оборудования для электростанций, и, что очень

важно, политическим фактором, т.к. как крупная энергетическая держава Россия не

должна допускать большого технологического отставания в сфере альтернативных

энергоносителей. Минэнерго России инициировало проект государственной программы

―Энергоэффективность и развитие энергетики‖ (2012–2020 гг.), включающей

подпрограмму ―Развитие использования ВИЭ‖. Основные мероприятия подпрограммы

предполагают: стимулирование развития использования возобновляемых источников

энергии в субъектах РФ; реализацию мер по привлечению внебюджетных средств на

развитие использования возобновляемых источников энергии; создание

инфраструктурных условий развития использования возобновляемых источников энергии.

Для реализации данных мероприятий предусмотрены: - субсидии, тарифное

регулирование, налоговое регулирование, предоставление налоговых кредитов.

Сегодня 71,2 % российской электроэнергии производится тепловыми

электростанциями, 10,3% – действующими атомными электростанциями, 19,5 % —

гидроэлектростанциями. Альтернативная энергетика занимает около 0,3%, и отчасти

поэтому имеет огромный потенциал для развития, особенно в южных регионах

(Приложение № 20). Кроме того, альтернативная энергетика стала бы прекрасным

решением для энергоснабжения изолированных районов.

Посетили ветро-солнечную электростанцию компании ООО «Агама-Инжиниринг»

в г. Венев Тульской области. Изучили принцип работы ветрегонератора и солнечной и

ветровой электростанции.

Собрали солнечную электростанцию мощностью 159 Вт и рассчитали, что ее

применение в автономной теплице экономически выгодно.

На основании проведенных расчетов доказали, что в климатических условиях МО

возможно эффективное применение комбинации альтернативных источников энергии.

Преимуществом альтернативных источников энергии является возобновляемость

ресурсов и высокая экологичность.

По результатам исследований мы считаем, что будущее за экологически чистыми,

возобновляемыми, доступными и недорогими источниками энергии. Ветер, Солнце,

геотермальные ресурсы, биомасса – все это используется уже сегодня, однако

исследование известных и поиск новых возобновляемых источников энергии надо

продолжать, чтобы полностью раскрыть их потенциал, избежать экологической

катастрофы и энергетического кризиса.

23

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атомная электростанция https://ru.wikipedia.org/wiki/Атомная_электростанция. Эл.

ресурс

2. Биотопливо https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотопливо. Эл. ресурс

3. Ветряная электростанция https://ru.wikipedia.org/wiki/Ветряная_электростанция. Эл.

ресурс

4. Волновая электростанция https://ru.wikipedia.org/wiki/Волновая_электростанция.

Эл. ресурс

5. Галузо И.В., «Прикладная физика для школьников»./Галузо И.В. УП «Универсал»,

Минск, 2005. -264 с.

6. Геотермальная электростанция

https://ru.wikipedia.org/wiki/Геотермальная_электростанция. Эл. ресурс

7. С. Гибилиско. Альтернативная энергетика без тайн. /Стэн Гибилиско; [пер.с англ.

А.В.Соловьева]. – М.: Эксмо. 2010. – 368 с.

8. Гидроэлектростанция https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидроэлектростанция. Эл. ресурс

9. Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев Нетрадиционные и возобновляемые

источники энергии: учебное пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев. – 1-

е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 294 с.

10. Клементьева С.В. Оценка эффективности инноваций при создании наукоемкой

продукции. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 28 с.

11. Марфенин Н. Н. Влияние приливных электростанций на окружающую

среду./Марфефнин Н. - М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 1995. - 125 с.

12. Приливная электростанция https://ru.wikipedia.org/wiki/Приливная_электростанция.

Эл. ресурс

13. Свен Уделл. Солнечная энергия и другие альтернативные источники

энергии./Уделл С. –М.: Знание, 2005.

14. Ю. Сибикин. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное

пособие/ Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. –М.: КНОРУС, 2010. – 232 с.

15. Солнечная электростанция https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_электростанция.

Эл. ресурс

16. Солнечная энергетика https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_энергетика. Эл.

ресурс

17. Степанов Ю.В. Краткая презентация Проекта "Объект Амулет", г. Венѐв.

24

18. Тепловая электростанция https://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловая_электростанция. Эл.

ресурс

19. А.Турилин, В.Германович. Альтернативные источники энергии и

энергосбережение. Практические конструкции по использованию энергии ветра,

солнца, воды, земли, биомассы./Турилин А., Германович А. – СПБ.: Наука и

Техника, 2011. – 320 с.

20. Энергетика России https://ru.wikipedia.org/Энергетика_России. Эл. ресурс

25

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение № 1 Объемы мирового энергопотребления по видам топлива и темпы

роста энергопотребления

Приложение № 2

Схема работы ТЭС

Приложение № 3

Схема работы АЭС

26

Приложение № 4

Схема работы ГЭС

Приложение № 5

Схема работы солнечной

электростанции

Приложение № 6 Сценарный

прогноз мирового потребления ВИЭ по

видам топлива и секторам потребления в

2015, 2040 гг

Приложение № 7 Зависимость

стоимости популярных категорий ВИЭ к

объемам накопления их промышленного

выпуска в период с 2010 по 2020 гг.

Приложение № 8

Схема работы ветряной

электростанции

Приложение № 9

Схема работы геотермальной

электростанции

27

Приложение № 10

Схема работы приливной

электростанции

Приложение № 11

Схема работы волновой

электростанции

Приложение № 12

Схема работы биотопливной

электростанции

28

Приложение № 13

Посещение ветро-солнечной электростанции «Агама-инжиниринг» г. Венев

Схема гибридной ветро-солнечной установки

Схема солнечного коллектора

29

Приложение № 14

Самостоятельно собранная солнечная батарея

Приложение № 15

Формула расчета Чистой дисконтируемой ЧДД и срока окупаемости ( СроКокуп)

30

Где:

Доход - считаем средства экономии оплаты электроэнергии данного тепличного

комплекса за указанный временной интервал (вариант 1) и сумму экономии на оплату

электроэнергии и экономию на покупку продукции, выращенной в теплице (вариант 2)

i - ставка дисконтироавния

i=i инфл+i риски+i безриск = 3%+5%=8%

Для данного проекта принимаем риск инфляции и коэфициент для безрисковых

проектов, равный 5%.

t – временной интервал – 10 лет

31

Приложение № 16

Список энергопотребляющего оборудования теплицы и расчетные показатели

потребления мощности.

Сезон Весна/Осень

№№ Наименование

оборудования Заявленные характеристики Мощность

Вт

Время работы

ч в сутки

весна/осень

Мощность

КВтч в

сутки

1

Датчик

температуры и

влажности

воздуха DHT22

Питание от 3 до

5В.

Максимально

потребляемый ток

- 2.5мА

0,012 24 0,000288

2 Датчик влажности

почвы

Питание: 3,3-5 В

Ток: 35мА

0,175 24 0,0042

Выходной сигнал:

0-4,2 В

4

Актуатор для

управления

спутниковой

антенной

36 В пост. ток

(доступно 24 В

пост. ток)

Ток 2 Ампера

максимум

72 6 0,432 Питается 12Вольт

5 Кран шаравой с

электроприводом

Потребляемая

мощность 1,4 Вт

Напряжение

питания 6-16 В

постоянного тока

1,

4 2 0,0028

ИТОГО

73,587

0,

44

Сезон Лето

№№ Наименование

оборудования Заявленные характеристики Мощность Вт

Время

работы

ч в

сутки

лето

Мощность

КВтч в

сутки

1

Датчик температуры и

влажности воздуха

DHT22

Питание от 3 до

5В.

Максимально потребляемый

ток - 2.5мА 0,012 24 0,000288

2 Датчик влажности

почвы

Питание: 3,3-5

В

Ток: 35мА 0,175 24 0,0042 Выходной

сигнал: 0-4,2 В

4

Актуатор для

управления

спутниковой

антенной

36 В пост. ток

(доступно 24 В

пост. ток) Ток 2 Ампера максимум 72 8 0,576

Питается

12Вольт

5 Кран шаравой с

электроприводом

Потребляемая

мощность 1,4 Вт

Напряжение питания 6-16 В

постоянного тока 1,4 4 0,0056

ИТОГО 73,587 0,59

32

Приложение № 17

Прогноз темпа роста тарифов на электроэнергию от Института энергетических

исследований Российской академии наук Центр энергетики Московской школы

управления СКОЛКОВО

Приложение № 18 Расчет расходов на оплату электроэнергии в 2020 году

Месяц Потребление кВтч Расходы за оплату

электроэнергии рубл.

Январь 0,00 68,54

Февраль 0,00 68,54

Март 13,18 141,81

Аперль 13,18 141,81

Май 13,18 141,81

Июнь 17,58 166,30

Июль 17,58 166,30

Август 17,58 166,30

Сентябр

ь 17,58 166,30

Октябрь 13,18 141,81

Ноябрь 0,00 68,54

Декабрь 0,00 68,54

Итого 1506,62

33

Приложение № 19 Цифровые показатели проекта

Рассчетные параметры Единица измерения Значение

Стоимость оборудования рубл 7500

Услуги и материал монтажа

оборудования рубл 1000

Эксплуатационные затраты рубл/год 100

Ставка дисконтирования % 8

Среднегодовой процент

снижения стоимости

оборудвания % 0

Гарантия на оборудование года 12

Среднегодовой процент

повышения стоимости

электроэнергии % 10

База для расчета дохода проекта в прогнозном периоде 2020-2030г.г.

Год Стоимость

электроэнергии в рубл

Стоимость выращенных овощей в

рубл

2020 1 506,62 4 500,00

2021 1 657,29 4 635,00

2022 1 823,01 4 774,05

2023 2 005,32 4 917,27

2024 2 205,85 5 064,79

2025 2 426,43 5 216,73

2026 2 669,07 5 373,24

2027 2 935,98 5 534,43

2028 3 229,58 5 700,47

2029 3 552,54 5 871,48

2030 3 907,79 6 047,62

Итого 27 919,48 57 635,08

34

Приложение № 20

Производство и потребление электроэнергии в Российской Федерации в 2017

году