Презентация на тему «Альтернативная энергетика»

Слайд 1. Альтернативная энергетика

• Возобновляемые источники энергии как ответ на исчерпание ископаемого топлива и рост экологической нагрузки

Доклад: Здравствуйте! Тема моей презентации — альтернативная энергетика. Речь пойдёт о способах получения энергии, которые постепенно замещают уголь, нефть и газ. Я покажу, как устроены основные виды возобновляемых источников, какой экологический эффект они дают и с какими ограничениями сталкиваются.

Слайд 2. Содержание

• Введение
• Понятие и ключевые признаки
• Классификация возобновляемых источников
• Этапы становления отрасли
• Учёные, создавшие отрасль
• Солнечная энергетика
• Ветроэнергетика
• Гидроэнергетика
• Геотермальная энергетика
• Биоэнергетика
• Энергия океана
• Водородная энергетика
• Рост мощности возобновляемой энергетики
• Структура мировой выработки электроэнергии
• Сравнение источников энергии
• Экологический эффект
• Аргументы за и против
• Альтернативная энергетика в России
• Перспективы до 2050 года
• Выводы
• Список литературы

Доклад: Работа построена по следующему плану. Сначала мы разберём понятие и классификацию возобновляемых источников, затем последовательно рассмотрим солнечную, ветровую, гидро-, геотермальную и биоэнергетику, энергию океана и водородные технологии. Завершим сравнением источников, оценкой экологического эффекта и перспективами отрасли.

Слайд 3. Введение

• Мировое потребление первичной энергии превышает 620 эксаджоулей в год, и около 80 % его по-прежнему покрывают уголь, нефть и природный газ.
• Сжигание ископаемого топлива даёт свыше 70 % антропогенных выбросов парниковых газов и остаётся главной причиной изменения климата.
• Разведанные запасы органического топлива ограничены и распределены неравномерно, что делает энергоснабжение уязвимым для ценовых и политических потрясений.
• Альтернативная энергетика опирается на неисчерпаемые потоки природы и уже стала практическим инструментом снижения нагрузки на биосферу.

Доклад: Начну с актуальности. Человечество расходует более шестисот двадцати эксаджоулей энергии в год, и четыре пятых этого объёма по-прежнему даёт ископаемое топливо. Именно его сжигание отвечает за большую часть выбросов парниковых газов. Ограниченность и неравномерность запасов делает такую энергетику ещё и политически уязвимой, поэтому переход к возобновляемым источникам стал практической задачей.

Слайд 4. Понятие и ключевые признаки

• Альтернативная энергетика — совокупность способов получения энергии из источников, замещающих традиционное ископаемое топливо.
• Возобновляемые источники — потоки энергии Солнца, ветра, воды, тепла Земли и биомассы, восполняемые естественным путём.
• Установленная мощность — наибольшая мощность электростанции в мегаваттах, которую она способна выдать в сеть.
• Коэффициент использования установленной мощности — доля фактической годовой выработки от теоретически возможной.
• Углеродный след — объём парниковых газов на единицу произведённой энергии в граммах на киловатт-час.

Доклад: Определимся с терминами. Альтернативной называют энергетику, которая замещает традиционное ископаемое топливо, а возобновляемыми — потоки энергии Солнца, ветра, воды, земного тепла и биомассы. Для сравнения станций нам понадобятся ещё два показателя: коэффициент использования установленной мощности и углеродный след, измеряемый в граммах парниковых газов на киловатт-час.

Слайд 5. Классификация возобновляемых источников

• Возобновляемые источники делят по природе используемого потока энергии. Такое деление показывает, какая технология уместна в конкретных природных условиях.
• фотоэлектричество
• солнечные коллекторы
• башенные гелиостанции
• солнечные концентраторы
• ветроустановки
• гидроэлектростанции
• приливные станции
• волновые установки
• геотермальные станции
• тепловые насосы
• биогаз
• древесные гранулы

Доклад: Возобновляемые источники удобно делить по природе используемого потока. Первая группа связана с излучением Солнца, вторая — с движением воздуха и воды, третья — с теплом недр и биомассой. Такое деление сразу подсказывает, какая технология уместна в конкретных природных условиях: в пустыне выгодны гелиостанции, на побережье — ветропарки, на Камчатке — геотермальные станции.

Слайд 6. Этапы становления отрасли

• Отрасль выросла из отдельных изобретений XIX века в самостоятельный сектор мировой энергетики.
• Решающим толчком стал нефтяной кризис 1973 года, заставивший развитые страны искать замену импортному топливу.
• 1839 — открытие фотогальванического эффекта
• 1888 — первый ветроэлектрический генератор
• 1904 — геотермальная станция в Лардерелло
• 1954 — кремниевый солнечный элемент
• 1973 — нефтяной кризис и энергетические программы
• 2015 — Парижское соглашение по климату

Доклад: Отрасль складывалась почти два столетия. В тысяча восемьсот тридцать девятом году был открыт фотогальванический эффект, в конце века появился первый ветроэлектрический генератор, а в начале двадцатого — геотермальная станция в итальянском Лардерелло. Настоящий рывок дали кремниевый солнечный элемент пятьдесят четвёртого года и нефтяной кризис семьдесят третьего, а современные темпы задало Парижское соглашение по климату.

Слайд 7. Учёные, создавшие отрасль

• Александр Эдмон Беккерель, 1820–1891, Открыл фотогальванический эффект — физическую основу солнечной батареи.
• Уильям Роберт Грове, 1811–1896, Построил первый водородный топливный элемент — «газовую батарею».
• Альберт Бец, 1885–1968, Вывел предел Беца: ветроколесо забирает не более 59,3 % энергии потока.
• Жорес Иванович Алфёров, 1930–2019, Создал полупроводниковые гетероструктуры, поднявшие эффективность солнечных элементов.

Доклад: За каждым направлением стоят конкретные учёные. Эдмон Беккерель открыл фотогальванический эффект, лежащий в основе солнечной батареи. Уильям Грове построил первый водородный топливный элемент. Альберт Бец доказал, что ветроколесо не может забрать более пятидесяти девяти процентов энергии потока, а Жорес Алфёров создал гетероструктуры, поднявшие эффективность солнечных элементов.

Слайд 8. Солнечная энергетика

• Земная поверхность получает от Солнца около 1,5·10¹⁸ киловатт-часов в год — это в тысячи раз больше всего мирового энергопотребления.
• Промышленные кремниевые модули преобразуют в электричество 20–23 % падающего излучения, лабораторные многопереходные элементы — свыше 45 %.
• За 2010-е годы себестоимость солнечной электроэнергии упала примерно в десять раз, и в солнечных регионах она дешевле угольной.

Доклад: Солнечная энергетика опирается на колоссальный ресурс: Земля получает от Солнца в тысячи раз больше энергии, чем потребляет человечество. Промышленные кремниевые модули превращают в электричество около двадцати процентов излучения, а лабораторные образцы — вдвое больше. Главное достижение последних лет — падение себестоимости примерно в десять раз, благодаря которому солнечная электроэнергия в южных регионах дешевле угольной.

Слайд 9. Ветроэнергетика

• Мощность ветроустановки растёт пропорционально кубу скорости ветра, поэтому площадки выбирают по многолетним замерам от 6 метров в секунду.
• Современная наземная турбина имеет мощность 3–6 мегаватт при диаметре ротора свыше 130 метров, морская — до 15 мегаватт.
• Морские ветропарки работают устойчивее наземных: коэффициент использования мощности достигает 45–55 % против 25–35 % на суше.

Доклад: Ветроэнергетика чувствительна к площадке: мощность растёт пропорционально кубу скорости ветра, поэтому перед строительством ведут многолетние замеры. Современная наземная турбина выдаёт три-шесть мегаватт при диаметре ротора свыше ста тридцати метров. Морские парки работают заметно стабильнее наземных, и именно на них делают ставку страны Северной Европы.

Слайд 10. Гидроэнергетика

• Гидроэлектростанции дают около 14 % мировой электроэнергии и остаются самым освоенным возобновляемым источником.
• Коэффициент полезного действия гидроагрегата достигает 90–95 %, а срок службы плотины и сооружений превышает сто лет.
• Плата за надёжность — затопление пойменных земель, изменение стока и препятствия для нерестовых миграций рыбы.

Доклад: Гидроэнергетика — самый освоенный возобновляемый источник, она даёт около четырнадцати процентов мировой электроэнергии. Коэффициент полезного действия гидроагрегата достигает девяноста пяти процентов, а сооружения служат более ста лет. Но за надёжность приходится платить: водохранилища затапливают пойменные земли, меняют сток реки и перекрывают пути нерестовых миграций рыбы.

Слайд 11. Геотермальная энергетика

• Тепловой поток из недр Земли оценивается в 47 тераватт, а в районах вулканизма пар выходит с температурой 150–300 градусов.
• Геотермальные станции работают круглосуточно и независимо от погоды: коэффициент использования мощности достигает 70–90 %.
• В России отрасль развита на Камчатке и Курилах, где станции Мутновского месторождения покрывают около трети потребности региона.

Доклад: Геотермальная энергетика использует тепловой поток из недр, который оценивается в сорок семь тераватт. В районах вулканизма пар выходит с температурой до трёхсот градусов и вращает турбину напрямую. Такие станции работают круглосуточно и не зависят от погоды. В России это направление развито на Камчатке и Курилах, где станции Мутновского месторождения покрывают около трети региональной потребности.

Слайд 12. Биоэнергетика

• Биомасса — единственный возобновляемый источник, который хранится и перевозится как обычное топливо.
• Древесные гранулы и щепа заменяют уголь в котельных: сгорание возвращает в атмосферу ранее поглощённый углерод.
• Биогаз из отходов животноводства на 60–70 % состоит из метана и служит топливом для когенерационных установок.
• Жидкое биотопливо из растительного сырья добавляют к моторному, снижая выбросы транспорта.
• Главный риск отрасли — конкуренция энергетических культур с продовольственными за пашню.

Доклад: Биомасса — единственный возобновляемый источник, который можно хранить и перевозить как обычное топливо. Древесные гранулы заменяют уголь в котельных, биогаз из отходов животноводства служит топливом для когенерационных установок, жидкое биотопливо добавляют к моторному. Главный риск отрасли — конкуренция энергетических культур с продовольственными за пахотные земли.

Слайд 13. Энергия океана

• Приливные станции используют перепад уровня воды в узких заливах: их выработка предсказуема на десятилетия вперёд по астрономическим таблицам.
• Крупнейшие станции мира — Сихва в Республике Корея (254 мегаватта) и Ранс во Франции (240 мегаватт), работающая с 1966 года.
• Отечественная Кислогубская станция на Баренцевом море стала полигоном для ортогональных турбин и наплавного способа строительства.

Доклад: Энергия океана привлекательна предсказуемостью: выработку приливной станции можно рассчитать на десятилетия вперёд по астрономическим таблицам. Крупнейшие станции мира работают в Республике Корея и во Франции. Отечественная Кислогубская станция на Баренцевом море невелика по мощности, но стала полигоном, где отрабатывались ортогональные турбины и наплавной способ строительства.

Слайд 14. Водородная энергетика

• Водород рассматривают как способ запасать избыток энергии солнца и ветра и переносить его на большие расстояния.
• «Зелёным» называют водород, полученный электролизом воды на энергии возобновляемых источников.
• Производство — электролиз воды на энергии солнечных и ветровых станций
• Хранение — сжатый газ, сжижение или связывание в гидридах металлов
• Транспортировка — трубопроводы и танкеры-газовозы к местам потребления
• Использование — топливные элементы, металлургия и транспорт с нулевыми выбросами

Доклад: Водородные технологии решают главную проблему солнца и ветра — непостоянство выработки. Избыток энергии направляют на электролиз воды, полученный «зелёный» водород хранят в сжатом или связанном виде, перевозят трубопроводами и газовозами, а затем используют в топливных элементах, металлургии и транспорте. Так энергия переносится и во времени, и в пространстве.

Слайд 15. Рост мощности возобновляемой энергетики

• За пятнадцать лет установленная мощность возобновляемых источников выросла более чем втрое.
• Свыше трёх четвертей нового прироста мощностей в мире приходится на солнечные и ветровые станции.

Доклад: График показывает динамику установленной мощности возобновляемых источников. С тысячи трёхсот семидесяти гигаватт в две тысячи десятом году она выросла примерно до четырёх с половиной тысяч гигаватт к середине двадцатых. Рост ускоряется, причём более трёх четвертей прироста дают солнечные и ветровые станции — самые дешёвые сегодня технологии генерации.

Слайд 16. Структура мировой выработки электроэнергии

• Возобновляемые источники вместе с гидроэнергетикой дают уже около трети мировой выработки.
• Доля угля постепенно снижается, но он остаётся крупнейшим единственным источником.

Доклад: Круговая диаграмма отражает структуру мировой выработки электроэнергии. Уголь пока остаётся крупнейшим единственным источником, но его доля снижается. Гидроэнергетика вместе с ветром и солнцем даёт уже около тридцати процентов, и именно эта часть диаграммы растёт быстрее всего.

Слайд 17. Сравнение источников энергии

• Источники сопоставляют по стабильности выработки, углеродному следу и природным ограничениям.

Доклад: Таблица сводит источники по трём практическим критериям. Геотермальные станции лидируют по стабильности выработки, ветровые — по низкому углеродному следу, гидроэлектростанции сочетают надёжность с серьёзным воздействием на ландшафт. Для сравнения приведена угольная теплоэлектростанция: её углеродный след на порядок выше любого возобновляемого источника.

Слайд 18. Экологический эффект

• Замещение угольной генерации возобновляемой даёт измеримый природоохранный результат уже сегодня.
• 2,6 млрд т — предотвращённых выбросов углекислого газа в год
• в 20 раз — ниже углеродный след ветровой станции против угольной
• 16 млн — рабочих мест в мировой возобновляемой энергетике

Доклад: Экологический эффект уже измерим. Возобновляемая энергетика ежегодно предотвращает выброс порядка двух с половиной миллиардов тонн углекислого газа. Углеродный след ветровой станции за полный жизненный цикл примерно в двадцать раз ниже угольной. Дополнительный социальный результат — около шестнадцати миллионов рабочих мест в отрасли по всему миру.

Слайд 19. Аргументы за и против

• Переход к возобновляемым источникам остаётся предметом профессиональной дискуссии.
• Взвешенная оценка учитывает и экологический выигрыш, и технические ограничения технологий.
• За — неисчерпаемость ресурса; низкие выбросы за жизненный цикл; независимость от импорта топлива; быстро падающая себестоимость
• Против — зависимость выработки от погоды; высокие стартовые вложения; большие площади отчуждения земель

Доклад: Дискуссия о переходе к возобновляемым источникам продолжается, и это нормально. В пользу говорят неисчерпаемость ресурса, низкие выбросы и энергетическая независимость. Против — зависимость выработки от погоды, высокие стартовые вложения и отчуждение больших площадей. Взвешенный вывод: возобновляемые источники нужны в связке с накопителями и манёвренной генерацией.

Слайд 20. Альтернативная энергетика в России

• 6 ГВт — Мощность солнца и ветра — Суммарная установленная мощность солнечных и ветровых станций страны без учёта крупных гидроузлов.
• 1966 — Кислогубская станция — Первая отечественная приливная электростанция, работающая в Мурманской области.
• 20 % — Доля гидроэнергетики — Гидроэлектростанции дают примерно пятую часть всей выработки электроэнергии в стране.

Доклад: В России отрасль развивается неравномерно. Установленная мощность солнечных и ветровых станций составляет около шести гигаватт — немного для масштабов страны. Зато гидроэнергетика даёт примерно пятую часть всей выработки, а Кислогубская приливная станция работает с тысяча девятьсот шестьдесят шестого года и остаётся уникальным научным объектом.

Слайд 21. Перспективы до 2050 года

• До 2030 года — удешевление накопителей и массовое строительство солнечных и ветровых парков
• 2030-е годы — перевод промышленности на электричество и «зелёный» водород
• 2040-е годы — интеллектуальные сети с распределённой генерацией и управлением спросом
• К 2050 году — до 70 % мировой выработки электроэнергии из возобновляемых источников

Доклад: Прогнозы на ближайшие десятилетия выглядят так. До тридцатого года ключевым станет удешевление накопителей энергии, в тридцатые ожидается перевод промышленности на электричество и «зелёный» водород, в сороковые — распространение интеллектуальных сетей. К середине века возобновляемые источники могут давать до семидесяти процентов мировой электроэнергии.

Слайд 22. Выводы

• Альтернативная энергетика перестала быть экспериментом: на неё приходится основная часть вводимых в мире генерирующих мощностей.
• Каждый вид возобновляемых источников имеет свою природную нишу, поэтому устойчивая энергосистема строится на их сочетании, а не на одном решении.
• Главный экологический выигрыш — сокращение выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ в расчёте на киловатт-час.
• Ключевые задачи ближайшего десятилетия — накопление энергии, гибкие сети и снижение материалоёмкости оборудования.

Доклад: Подведу итоги. Альтернативная энергетика перестала быть экспериментом и определяет основную часть вводимых в мире мощностей. Устойчивая энергосистема строится на сочетании разных источников, каждый из которых занимает свою природную нишу. Главный экологический выигрыш — сокращение выбросов на каждый киловатт-час, а ближайшие задачи связаны с накоплением энергии и гибкими сетями.

Слайд 23. Список литературы

• Алхасов, А. Б. Возобновляемая энергетика : учебное пособие / А. Б. Алхасов. — Москва : Физматлит, 2010. — 256 с.
• Безруких, П. П. Ветроэнергетика : справочное и методическое пособие / П. П. Безруких. — Москва : Энергия, 2010. — 320 с.
• Виссарионов, В. И. Солнечная энергетика : учебное пособие для вузов / В. И. Виссарионов, Г. В. Дерюгина, В. А. Кузнецова, Н. К. Малинин. — Москва : Издательский дом МЭИ, 2008. — 320 с.
• Да Роза, А. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы : учебное пособие / А. да Роза ; перевод с английского. — Долгопрудный : Интеллект, 2010. — 704 с.
• Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твайделл, А. Уэйр ; перевод с английского. — Москва : Энергоатомиздат, 1990. — 392 с.

Доклад: При подготовке работы я опирался на признанные отечественные и переводные издания по возобновляемой энергетике: учебные пособия Алхасова, Безруких и Виссарионова, фундаментальную книгу Альдо да Розы и классический труд Твайделла и Уэйра. Все источники приведены по действующему библиографическому стандарту.

Слайд 24. Спасибо за внимание!

Доклад: Благодарю за внимание! Готов ответить на вопросы по любому из рассмотренных направлений — от экономики солнечных станций до перспектив водородной энергетики.