GeoSELECT.ru



Технология / Реферат: Использование лазеров в информационных технологиях (Технология)

Космонавтика
Уфология
Авиация
Административное право
Арбитражный процесс
Архитектура
Астрология
Астрономия
Аудит
Банковское дело
Безопасность жизнедеятельности
Биология
Биржевое дело
Ботаника
Бухгалтерский учет
Валютные отношения
Ветеринария
Военная кафедра
География
Геодезия
Геология
Геополитика
Государство и право
Гражданское право и процесс
Делопроизводство
Деньги и кредит
Естествознание
Журналистика
Зоология
Инвестиции
Иностранные языки
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Кибернетика
Коммуникации и связь
Компьютеры
Косметология
Криминалистика
Криминология
Криптология
Кулинария
Культурология
Литература
Литература : зарубежная
Литература : русская
Логика
Логистика
Маркетинг
Масс-медиа и реклама
Математика
Международное публичное право
Международное частное право
Международные отношения
Менеджмент
Металлургия
Мифология
Москвоведение
Музыка
Муниципальное право
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование
Психология
Радиоэлектроника
Религия
Риторика
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Теория государства и права
Теория организации
Теплотехника
Технология
Товароведение
Транспорт
Трудовое право
Туризм
Уголовное право и процесс
Управление
Физика
Физкультура
Философия
Финансы
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
   

Реферат: Использование лазеров в информационных технологиях (Технология)



Введение

Наряду с научными и техническими применениями лазеры используются в
информационных технологиях для решения специальных задач, причем эти
применения широко распространены или находятся в стадии исследований.
Наиболее распространенными примерами таких применений являются оптическая
цифровая память, оптическая передача информации, лазерные печатающие
устройства, кроме того они применяются в вычислительной технике в качестве
различных устройств.

Лазеры в выЧислительной технике

Принципиально достигнутые малые времена переключения делают возможным
применение лазеров и комбинаций с лазерами, включая интеграцию в
микроэлектронных переключательных схемах ( оптоэлектроника ):
в качестве логических элементов (да-нет, или);
для ввода и считывания из запоминающих устройств в вычислительных машинах.
В этих целях рассматриваются исключительно инжекционные лазеры.
Преимущества таких элементов: малые времена переключения и считывания,
очень маленькие размеры элементов, интеграция оптических и электрических
систем.
Достижимыми оказываются времена переключения примерно 10-10 с
(соответственно этому быстрые времена вычисления); емкости запоминающего
устройства 107 бит/см2, и скорости считывания 109 бит/с.

Лазерный принтер

Для печати в вычислительной технике и в других случаях часто
применяется лазерное излучение. Преимущество их в более высокой скорости
печати по сравнению с обычными способами печатания.
Принцип действия их такой: поступающий от считываемого оригинала свет
преобразуется в ФЭУ в электрические сигналы, которые соответствующим
образом обрабатываются в электронном устройстве вместе с управляющими
сигналами (для определения высоты шрифта, состава краски и т.д.) и служат
для модуляции лазерного излучения. С помощью записывающей головки
экспонируется расположенная на валике пленка. При этом лазерное излучение
разделяется на ряд равных по интенсивности частичных лучей (шесть или
больше), которые посредством модуляции при данных условиях подключаются или
отключаются.
Применяемые лазеры: ионный аргоновый лазер (мощность не более 10 мВт),
инжекционный лазер.

ОптиЧескаЯ цифроваЯ памЯть

Для становящейся все более тесной связи между обработкой данных, текста
и изображения необходимо применять новые методы записи информации, к
которым предъявляются следующие требования:
более высокая емкость запоминающего устройства;
более высокая эффективность хранения архивных материалов,
лучшее соотношение между ценой и производительностью.
Это может быть достигнуто с помощью записи и считывания цифровой
информации.
Принцип действия. Информация (речь, музыка, изображения, данные),
содержащиеся в виде электрических сигналов, преобразуется в цифровые
величины и выражается тем самым в виде последовательности импульсов,
которая записывается в различной форме (в виде углублений или отверстий
различной длины и расстояний между ними или магнитным способом) на диске
запоминающего устройства.
При считывании считывающий свет, отраженный (рассеянный в обратном
направлении) от этих углублений (отверстий), модулируется и с помощью
фотоприемника преобразуется в соответствующий электрический сигнал.
Лазерно-оптическое считывание информации. С помощью этого способа в
приборе, аналогичном проигрывателю, воспроизводится неконтактным способом
записанная на диске информация (диаметр дисков до 30 см), причем
применяются лазерные диски только для считывания, например видеодиски,
компакт-диски.
Принцип действия. Кодирование информации происходит путем создания
информационных микроуглублений, имеющих различную длину и различные
расстояния между ними. Информация на диске сохраняется, таким образом, в
цифровой форме, записанной по спирали, которая состоит из информационных
ямок (рис. 1).
[pic]
Рис. 1. Схематическое изображение микроуглублений на лазерном диске; ширина
углублений 0,4 мкм, расстояние между дорожками 1,6 мкм.
Лазерный видеодиск характеризуется следующими параметрами:
- расстояние между двумя профилирующими дорожками 1,6 мкм;
- ширина углубления 0,4 мкм;
- максимальная длина углубления 3,3 мкм;
- минимальная длина углубления 0,9 мкм;
- максимальное расстояние между углублениями 3,3 мкм;
- минимальное расстояние между углублениями 0,9 мкм.
[pic]
Рис. 2. Сечение видеодиска и грампластинки с лазерной записью:
1 - фокальное пятно (( ( 1 мкм); 2 - структура микроуглублений; 3 -
зеркальное покрытие; 4 - царапина; 5 - частица пыли; 6 - прозрачный
защитный слой; 7 - луч от лазера
При изготовлении видеодисков нанесенный прежде на подложку из стекла
фотолак экспонируется с помощью специальной оптической системы излучением
коротковолнового лазера (криптоновый лазер, (=0,35 мкм). После этого
следует многоступенчатый процесс проявления, в результате которого
образуется образцовый диск, который используется затем для изготовления
других дисков путем оттиска. На полученные после отделения от образцового
диска оттиски наносится зеркальное покрытие и слой лака, так что полученные
при записи микроуглубления не могут быть закрыты частицами пыли. Пыль и
царапины на защитном слое не мешают, поскольку они находятся вне плоскости
фокусировки считывающей оптики (рис.2 ).
При считывании микроскопических маленьких структур используются эффекты
дифракции и интерференции света. Оптическая считывающая система для
видеодисков состоит из:
- He-Ne-лазера (мощность мВт), который излучает линейно поляризованный
свет;
- делителя пучка, который разделяет свет на три пучка с соотношениями
интенсивностей 1:3:1 (дифракционная решетка. Работающая на просвет с
минус первым, нулевым и плюс первым порядками дифракции);
- призмы Волластона (оптическая длина пути зависит от направления
поляризации);
- пластинки (/4;
- считывающего объектива, перемещаемого по принципу катушки с подвижным
сердечником в направлении оптической оси (ограниченный дифракцией
микрообъектив очень малой массы);
- системы фотоприемников (квадратных приемников), а также цилиндрической
линзы.
Рассеянный в обратном направлении от диска свет лазерного пучка
отображается на квадратном приемнике, лучи, использованные для слежения за
дорожкой, попадают на приемники (рис. 3)
Таким образом, становится возможным формирование управляющих сигналов
для корректной фокусировки считывающих лучей на информационной дорожке и
обеспечение слежения за дорожкой.
[pic]
Рис. 3. Оптическая схема считывающей головки для считывания информации,
записанной на видеодиске:
1 - He-Ne-лазер; 2 - решетка; 3 - согласующая оптика; 4 - призма
Волластона; 5 - пластинка (/4; 6 - считывающий объектив; 7 - видеодиск; 8 -
цилиндрическая линза; 9 - плоскость приемника.

Оптическая считывающая головка для цифрового лазерного проигрывателя.
Обратно рассеянный от лазерной пластинки свет попадает на фотодиоды F1-F4 .
Возникающие при этом фототоки комбинируются друг с другом таким образом,
что становится возможным получение как управляющих сигналов для радиальной
коррекции, так и управляющего сигнала для установки на резкость считывающей
оптики (рис. 4).
Радиальный управляющий сигнал формируется комбинацией токов фотодиодов
(F1+F2) - (F3+F4). Если считывающий объектив сфокусирован на информационную
плоскость диска, то после призм 4 появляются два резких изображения между
фотодиодами F1, F2, а также F3, F4. Если фокальная плоскость считывающего
объектива находится за или перед информационной плоскостью, то изображения
становятся нерезкими и движутся друг к другу или друг от друга. Тогда с
помощью комбинации токов фотодиодов (F1+F2) - (F3+F4) может быть получен
управляющий сигнал для установки на резкость считывающей головки.
Однократная запись информации. Этот принцип позволяет осуществить
однократную запись и многократные считывания информации. Для этого на
нижней стороне очень плоской стеклянной пластины наносится слой теллура.
Две круглые стеклянные пластины юстируются относительно друг друга таким
образом, что слои теллура защищены снаружи стеклянными пластинами.
На слоях теллура, находящихся на внутренних сторонах пластин,
записывается информация. Пластины снабжены спиральной дорожкой (спиральной
канавкой глубиной примерно (/4), которая служит для юстировки считывающего
или записывающего луча. При записи одного бита информации в слое теллура
импульсно повышается мощность полупроводникового лазера за время 50 нс до
12 мВт, при этом в слое возникает отверстие диаметром примерно 1 мкм.
Запись и считывание осуществляются с помощью одинакового устройства, причем
при считывании мощность полупроводникового лазера уменьшается до 1 мВт
(рис. 5).
С помощью таких методов записи и считывания достигаются емкости
запоминающего устройства (диаметр диска 30 см) 1010 бит информации
(передняя и задняя сторона); свободно выбираемые времена доступа составляют
150 мс.
[pic]
Рис. 4. Схема оптической считывающей головки для лазерных пластинок:
1 - считывающее пятно; 2 - считывающий объектив; 3 - оптическая система для
преобразования излучаемого полупроводниковым лазером волнового поля в
плоское волновое поле; 4 - призма; 5 - полупрозрачное зеркало; 6 -
полупроводниковый лазер; F1 - F4 - фотоприемники.

Применяемые лазеры:
- He-Ne-лазер;
- полупроводниковый лазер (все более часто).
Области применения:
запоминающее устройство для хранения банка данных с частым доступом;
- запоминающее устройство для хранения архивных данных с отсроченным
доступом;
- внешнее дополнительное запоминающее устройство со свободно выбираемой
адресацией в ЭВМ;
- видеодиски для обучения;
- видеодиски для библиотек и архивов;
- запоминающие диски для управления и канцелярского дела;
- аудиодиски с высококачественным воспроизведением звука.
Оптическая цифровая запись информации в магнитных слоях. В качестве
носителя информации используется тонкий магнитооптический слой
(преимущество: повторная запись данных).
[pic]
Рис. 5. Схема записывающей и считывающей головки для однократной записи:
- лазерный диск; 2 - считывающий объектив; 3 - пластинка (/4; 4 - зависящий
от поляризации делитель пучка; 5 - цилиндрическая линза; 6 -
полупроводниковый лазер; 7 - оптическая система; 8 - приемник для
радиального контроля дорожки; 9 - призма Френеля; 10 - приемник для
получения сигнала и контроля положения фокального пятна.
Принцип действия. Запись информации происходит благодаря тому, что
маленькие области магнитного слоя нагреваются с помощью сфокусированного
лазерного луча, причем одновременно накладывается магнитное поле,
напряженность которого меньше, чем коэрцитивная сила. В нагретых таким
образом при наложенном магнитном поле областях исчезает намагниченность
(запись точки Кюри). Считывание осуществляется таким же лазером при
уменьшенной мощности, причем плоскость поляризации отраженного от диска
света в зависимости от направления намагничивания маленьких областей
поворачивается на величину 0,5 - 8 град (в зависимости от
магнитооптического слоя) (магнитооптический эффект Керра).
Оптическое устройство записывающей и считывающей головки аналогично
системам, используемым в описанных выше устройствах считывания и записи
информации.
Дополнительно следует обратить внимание на рис. 6.
Свет, отраженный от маленьких перемагниченных областей, является
эллиптически поляризованным и с помощью соответствующей фазовой пластинки
преобразуется в линейно поляризованный. Линейно поляризованный свет
разделяется на две составляющие, которые могут регистрироваться отдельно.
Оба принятых сигнала подаются на дифференциальный усилитель и усиливаются.
Усиленный сигнал прямо пропорционален поляризационному эффекту Керра.
[pic]
Рис. 6. Схема получения сигнала с помощью поляризационного эффекта Керра:
1 - магнитный диск; 2 - отраженный свет; 3 - микрообъектив; 4 - фазовая
пластинка; 5 - делитель пучка; 6 - приемник Nr2; 7 - приемник Nr1; 8 -
дифференциальный усилитель.
Магнитооптическая запись позволяет в настоящее время иметь:
- емкость памяти запоминающего устройства 105 бит/см2;
- число циклов (запись, считывание, стирание) 106;
- свободно выбираемые времена доступа 150 мс;
- применение в качестве оперативной памяти в ЭВМ.
Оптический цифровой метод записи требует максимальной оптической и
механической точности, а также:
- предельно малого ограниченного дифракцией считывающего объектива;
- считывающего объектива (микрообъектива) очень малой массы (0,6 г и
меньше)
- радиальных отклонений считывающего объектива с точностью ( 1 мкм;
- ширины распределения интенсивности считывающего пятна по половине
интенсивности примерно 1 мкм.
Цифровое оптическое запоминающее устройство позволяет производить
неразрушающее считывание накопленной информации.

ОптиЧескаЯ передаЧа информации


Применение света для передачи сообщения известно давно. Прежде всего в
первой половине этого столетия были успешно применены инфракрасные
устройства для передачи информации в специальных системах, однако
вследствие некогерентности излучения и тем самым сильно ограниченной
дальности действия (недостаточная направленность светового пучка) и
модуляционной способности подобные системы передачи не получили широкого
распространения. Лишь с разработкой лазера в распоряжении специалистов
оказался источник света с отличными когерентными свойствами (большая длина
когерентности), излучение которого при большой частоте ( (не более 1015 Гц)
и тем самым большой возможной полосе модуляции и малой ширине линии
подходит для оптической передачи информации.
Развитие в этой области в последние годы происходило интенсивно и
привело к тому, что в настоящее время уже существует большое число линий с
лазером в качестве источника света. Оптические системы передачи информации
работают с несущими частотами 1013 - 1015 Гц, соответствующими длинам волн
(=33(0,33 мкм. Применяемая длина волны из этого диапазона для передачи
информации зависит от:
- постановки задачи по передаче информации (требуемая полоса частот
модуляции, расстояние, передающая среда);
- источники света, имеющегося в распоряжении (в основном полупроводниковые
инжекционные лазеры и светодиоды, в отдельных случаях миниатюрные
твердотельные лазеры, СО2 лазеры);
- модуляционной способности;
- системы передачи (через вакуум, воздух, специальные газы, стекловолокно);
- возможности демодуляции.
Принципиально система для оптической передачи информации состоит из
шести компонентов (рис. 7).

[pic]

Рис. 7. Схема системы для оптической передачи информации:
1 - источник света; 2 - модулятор света; 3 - линия передач; 4 -
фотоприемник; 5 - сигнал.

При использовании полупроводниковых лазеров в качестве источников света
внешний модулятор может быть исключен (напосредственная модуляция лазера с
помощью возбуждающего тока в этом случае имеет преимущество).
Задача оптической передачи информации является передача излучения от
передатчика к приемнику, и тем самым решающее значение приобретает среда
распространения сигнала. Свойства среды в основном определяют конструкцию и
размеры всей системы передачи, включая выбор источника света и приемника.

Передающие среды

Следует различать передачу информации в следующих средах: земной
атмосфере, линзовых световодах, оптических волноводах.
Передача информации в земной атмосфере. Из-за геометрических потерь,
обусловленных расходимостью излучения, при оптической передаче сигнала в
вакууме принимаемая мощность на расстоянии R на длине волны ( равна:
[pic]
где PS и PE - излучаемая и принимаемая мощность; АS и АЕ - апертуры
передающей и приемной систем.
Соответствующие потери называются потерями свободного пространства. К
этим потерям следует добавить потери при распространении излучения через
атмосферу за счет поглощения, рассеяния, рефракции.
При распространении светового пучка в передающей среде происходит
уменьшение интенсивности I0 светового пучка. На расстоянии R имеем
[pic],
где ( - коэффициент затухания:
( = (1 + (2 + (3.
(1 характеризует молекулярное поглощение, в оптической спектральной
области в основном определяется парами воды, диоксидом углерода и озоном
(рис. 8)
[pic]
Рис. 8. Молекулярное поглощение в оптической области спектра.
(2 характеризует потери, обусловленные рассеянием на молекулах,
частицах дыма и пыли, испарениях, тумане, дожде и снеге.
(3 обуславливает сильно флуктуирующие во времени потери при передаче
сигнала, что может привести к ограниченному во времени срыву передачи.
Соответствующие потери можно уменьшить путем определенного выбора
оптической системы, в частности с помощью расширения светового пучка.
Для определения суммарных потерь на затухание для выбранной линии передач
необходимы обширные измерения в течение больших промежутков времени при
самых разнообразных атмосферных условиях при использовании источников света
различных длин волн (рис. 9)
[pic]
Рис. 9. Частота занижения затухания света для определенного измеряемого
участка (2,5 км) в атмосфере.
Оптическая передача информации в земной атмосфере рассматривается
только для относительно коротких расстояний, при этом должны допускаться
определенные кратковременные сбои при передаче информации: надежность линии
передачи не более 99%.
Линзовые световоды. Возможность исключения мешающего влияния атмосферы
на распространение лазерного пучка состоит в том, чтобы провести свет в
определенной атмосфере (газ с малым поглощением) внутри трубы, при этом
необходимы линзовые и зеркальные системы для подфокусировки и отклонения
излучения.
В качестве линз применяются стеклянные или даже газовые линзы.
Преимущество: малые потери на поглощение и рассеяние.
Недостаток: необходима весьма точная юстировка многих оптических
элементов, что трудно достигнуть при колебаниях температуры и вибрациях для
больших промежутков времени; кроме того, прокладка линзовых световодов с
большими длинами требует больших затрат.
Оптические волноводы. Оптический волновод - это стекловолокно,
состоящее из сердцевины и оболочки, причем сердцевина имеет более высокий
показатель преломления (nK) по сравнению с показателем преломления оболочки
(nM). Вследствие полного внутреннего отражения свет распространяется в
пределах сердцевины волокна, при этом необходимо использовать стекла с
малым затуханием и дисперсией.
В зависимости от структуры световода рассматривают различные механизмы
распространения (рис.10).
1. Многомодовые световоды со ступенчатым профилем показателя
преломления. Полное внутреннее отражение имеет место, если излучение падает
на границу под углом меньшим, чем 2(max (угол ввода световых лучей в
волновод).
2. Одномодовые световоды со ступенчатым профилем показателя
преломления. Диаметр сердцевины 5-10 мкм обусловливает распространение
только одной моды, при этом теоретически ширина полосы передачи В>100 ГГц.
Изготовление крайне малого диаметра сердцевины требует очень большой
точности, при этом возникает проблема ввода излучения в оптическое волокно.
3. Многомодовые световоды с градиентным профилем показателя
преломления. Показатель преломления в области сердцевины непрерывно
уменьшается от середины к краю. Излучение за счет преломления волнообразно
распространяется около оси оптического волокна. Поскольку все лучи имеют
примерно одинаковые времена распространения, то градиентные волокна имеют
очень большую ширину пропускания.
Существенными требованиями к оптическому световоду являются необходимость
слабого затухания и большой ширины полосы пропускания.
Затухание в оптических волокнах обусловлено поглощением и рассеянием, в
частности, на примесях. Дополнительные потери возникают из-за
неоднородностей в поперечном сечении волокна и из-за его кривизны. Само
затухание зависит от применяемого стекла для сердцевины и оболочки, от
различных примесей, а также от длины волны (рис. 11).
[pic]
Рис. 10. Некоторые типы световодов:
а - ступенчатый профиль показателя преломления; б - градиентный профиль
показателя преломления; в - одномодовый световод.


Световые лучи, распространяющиеся под различными углами к оси
стекловолокна (моды), проходят различные длины путей, что приводит к
различным временам распространения. Разброс во времени распространения
приводит за счет межмодовой дисперсии к ограничению ширины полосы
пропускания. Для конечной ширины спектра (( источников света дисперсия
материала световода приводит также к дополнительному ограничению ширины
полосы передачи (рис. 12).
[pic]
Рис. 11. Спектральная характеристика затухания кварцевого волокна, слабо
легированного Ge.
Вследствие высокой несущей частоты светового пучка можно использовать
для модуляции практически очень высокие частоты. Используемую для передачи
информации полосу частот называют шириной полосы частот сигнала, она может
достигать несколько гигагерц. Тем самым возможна одновременная передача
очень большого объема информации.
Для достижения хороших характеристик передачи оптического волновода
существенными являются:
- малые изменения геометрических размеров, а также хорошая центровка
сердцевины;
- малые изменения профиля показателя преломления.
[pic]
Рис. 12. Затухание и дисперсия одномодового стандартного световода.
Для применения в оптических системах передачи информации световоды
должны быть выполнены в виде оптических кабелей. Существует большое
количество конструкций кабеля.



ИстоЧники света длЯ волоконно-оптиЧеских систем свЯзи

Для оптической передачи информации в диапазоне длин волн от 0,4 до 30
мкм в качестве источников света применяют светодиоды, лазеры во всем
диапазоне длин волн.
Для выбора источника света главный критерий - длина волны, на которой
получается минимальное затухание. В качестве источников света применяются

|He-Ne-лазер, |для передачи в свободном |
|CO2- лазер, |пространстве; |
|Nd-ИАГ- лазер | |
|светодиоды, полупроводниковые |для оптических волноводов. |
|инжекционные лазеры | |

Источники света для оптической связи в свободном пространстве.
He-Ne-лазер, (=0,63 мкм - излучение лежит в видимом оптическом
диапазоне, что сильно облегчает юстировку линии передачи;
CO2- лазер, (=10,6 мкм - пригоден для более протяженных линий передач,
поскольку с помощью этих лазеров достигаются более высокие выходные
мощности в непрерывном режиме (10-15 Вт).
Недостатками обоих лазеров являются их низкий КПД, а также их большие
размеры.
Nd-ИАГ- лазер, (=1,06 мкм, и его вторая гармоника, (=0,53 мкм - этот
лазер используется преимущественно для передачи информации между наземными
станциями и спутниками.
Источники света для оптической связи по световодам. Эти источники
должны удовлетворять следующим условиям:
- длина волны излучения должна лежать в диапазоне минимального затухания;
- излучающая поверхность должна соответствовать примерно диаметру световода
для хорошего согласования источника света и световода без фокусирующих
элементов.
Эти требования выполняются с помощью полупроводниковых элементов. Поэтому в
качестве источников света служат:
- светодиоды
- полупроводниковые инжекционные лазеры, работающие в непрерывном и
импульсном режимах
Из-за малого затухания в световоде на длине волны (-1,3 мкм и (=1,55
мкм разработаны специально для этих длин волн лазеры на двойной
гетероструктуре InGaAsP/InP, причем достигается выходная мощность 15 мВт.
Для протяженных линий связи в качестве источников света используются
лазеры. Они имеют, правда, также некоторые существенные недостатки по
сравнению со светодиодами. К ним относятся:
- более сильная зависимость от температуры частоты излучения;
- более низкий срок службы;
- более высокая стоимость.



МодулЯциЯ

Модуляция - это изменение параметров светового луча в зависимости от
управляющего (модулирующего) сигнала, несущего информацию, при этом
различают две основные формы модуляции: внешнюю и прямую.
При внешней модуляции поляризованный световой луч проходит вне
источника света в модулятор, в котором в такте передаваемого сигнала
изменяется амплитуда или фаза излучения. Модулятор работает, в общем, на
основе электрооптического эффекта (рис. 13).
[pic]
Рис.13. Принцип действия электрооптического модулятора:
1 - световой луч; 2 - поляризатор; 3 - электрооптический кристалл; 4 -
анализатор; 5 - линейно поляризованный, модулированный свет.
[pic]
Рис. 14. Схема управления полупроводниковым инжекционным лазером:
1 - цифровой сигнал; 2 - кодирование; 3 - возбудитель; 4 - лазер; 5 -
штекерное соединение; 6 - световод; 7 - PIN-фотодиод; 8 - ступень
регулирования.
При прямой модуляции излучение модулируется непосредственно за счет
возбуждения источника света, т.е. источник света сам излучает
модулированный свет (рис. 14). Прямая модуляция может быть реализована
только в светодиодах и инжекционных лазерах, что достигается путем
модуляции тока накачки.
Аналоговая модуляция имеет недостаток в сравнении с другими различными
возможностями импульсной модуляции, включая и КИМ.
Отношение сигнал/ шум на приемнике, необходимое для неискаженного
обнаружения сигнала, должно быть более высоким по сравнению с импульсно-
кодовой модуляцией на 20 дБ.
В оптических системах передачи информации особенно выгодны системы с
ИКМ.



Приемники

Обнаружение модулированного излучения при одновременной демодуляции,
т.е. воспроизведение передаваемой информации, осуществляется с помощью
оптоэлектронных приемников (детекторов).
Применяемые фотодетекторы должны иметь следующие характеристики:
- высокую чувствительность в спектральном диапазоне применяемого источника
света;
- высокое временное разрешение;
- малые шумы;
- нечувствительность к температуре;
- простую возможность соединения со световодом;
- большой срок службы;
- низкую стоимость.
Применяются специальные фотодиоды, которые наиболее полно удовлетворяют
этим требованиям.


РетранслЯторы

Из-за потерь и дисперсии в световоде возникает ослабление и искажение
распространяющегося импульса, так что после определенного расстояния
необходима регенерация импульса. Эта регенерация осуществляется в
ретрансляторе. Задача этого устройства состоит в том, чтобы осуществить
усиление, а также формирование (регенерацию) импульса.
Принцип действия такого устройства состоит в том, что приходящий
оптический сигнал в приемнике преобразуется в электрические импульсы, а
затем происходит их усиление, а также формирование в электронном усилителе.
Регенерированный и усиленный сигнал служит затем в качестве управляющего
сигнала в источнике света передатчика, который снова передает сигнал по
следующей волоконно-оптической линии.
Регенерация импульсов должна повторяться через определенное расстояние
в линии передачи. Допустимое максимальное расстояние между двумя
ретрансляторами зависит от параметров системы, в частности от скорости
передачи двоичных единиц информации, источника света и применяемого типа
световода.

Системы свЯзи

Оптические системы передачи информации в настоящее время используются в
тех случаях, когда должно быть использовано преимущество большой ширины
полосы канала передачи и могут быть реализованы большие линии связи.
Волоконно-оптические системы передачи информации разделяют на системы
передачи ближнего действия, системы передачи дальнего действия, системы
передачи среднего действия.
В системах передачи информации ближнего действия длины каналов
передачи, предусмотренных преимущественно для промышленного применения,
достигают от нескольких метров до нескольких сот метров. Области применения
- управление с помощью вычислительной машины, связь с ЭВМ и использование в
системах автоматики.
Системы передачи среднего действия имеют длины линий передач до
нескольких километров. Типичными областями применения являются передача
данных, видеосигнала, например кабельное телевидение.
Система передачи дальнего действия служит для перекрытия больших
расстояний.
[pic]
Рис. 15. Области применения волоконно-оптических линий передач информации:
1 - телефонная передача; 2 - системы связи с импульсно-кодовой модуляцией
(телефонная связь); 3 - промышленная передача данных; 4 - промышленные
телевизионные установки; 5 - телефония+телевидение с 1 или 2 каналами; 6 -
кабельное телевидение с 12-20 программами.
Обзор возможных областей применения волоконно-оптических систем
передачи информации представлен на рис. 15.
Список литературы:


1. Справочник по лазерной технике. М: Энергоатомиздат, 1991.
2. Дьяков В. Ф. Тарасов Л. В. Оптическое когерентное излучение. М.:
Советское радио, 1974.
3. Оокоси Е. Оптоэлектроника и оптическая связь. М.: Мир, 1988.
4. Федоров Б. Ф. Лазеры. Основы устройства и применения. М.: ДОСААФ СССР,
1988.




Реферат на тему: Использование морских - возобновляемых ресурсов в производстве электроэнергии

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Западно-Казахстанский Аграрно-Технический Университет
им. Жангир хана



Кафедра ЭЭ и АПП



РЕФЕРАТ

Тема: Использование морских возобновляемых ресурсов в производстве
электроэнергии



Выполнил студент I курса группы ЭЭ-
12 Михеенко А

Проверила: Вичкуткина АП



Уральск, 2004г.



План:

Введение
1. Малые электростанции на базе возобновляемых источников энергии
2. Энергия морей и океанов
1. Приливные электростанции
2. Энергия волн морей и океанов
3. Тепловая энергия морей и океанов
4. Энергия океанических течений

Список литературы



Введение

О важности более широкого использования нетрадиционных возобновляемых
источников энергии в XXI веке вряд ли кого-то надо убеждать. Всем ясно, что
основные невозобновляемые энергоресурсы, раньше или позже, исчерпаются. По
одним прогнозам угля хватит на 1500 лет, нефти — на 250, газа — на 120 лет.
По другим прогнозам перспектива хуже. Нефть должна закончиться лет через
40, газ — через 80, уран — через 80 - 100 лет, угля может хватить еще лет
на 400.
И что еще чрезвычайно важно, у возобновляемых источников энергии
неоспоримые преимущества в области экологии. Некоторые возобновляемые виды
энергии уже сегодня стоят не дороже энергии, получаемой за счет
использования ископаемого топлива, и практически все они дешевле ядерной
энергии.
"Чистая" энергия становится еще более приемлемой в сравнении с энергией,
получаемой на базе ископаемого топлива, если в его стоимость включить цену
ущерба, наносимого окружающей среде и здоровью людей при его добыче и
использовании. А это может быть сделано путем введения соответствующего
налога на невозобновляемые топливно-энергетические ресурсы.
Не случайно главы восьми государств, в том числе и России, в 2000 г. в
Японии обсудили проблемы использования возобновляемых источников энергии.
Более того, образовали рабочую группу для выработки рекомендаций по
развертыванию рынка этой энергетики. В данном реферате рассмотрено
возможности использования возобновляемых источников электроэнергии на
мировом рынке.


1. Малые электростанции на базе возобновляемых источников энергии

К возобновляемым источникам энергии, как известно, относятся солнечное
излучение, энергия ветра, рек, водотоков, приливов и волн, биомассы,
геотермальная энергия, рассеянная тепловая энергия воздуха и воды.
Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в мире
оценивается примерно в 20 млрд т. условного топлива (у.т) в год, т.е. в 2
раза превышает годовой объем добычи всех видов органического топлива.
В настоящее время по данным Международного Энергетического Агентства
производство электроэнергии за счет нетрадиционных возобновляемых
источников энергии (НВИЭ) оценивается более чем в 200 млрд кВт • ч, что
составляет около 2 % общего ее производства, к 2005 г. оно достигнет 5 %, к
2020 г. - 13 %, к 2060 г. -33 %.
Причем, вопреки общепринятому мнению, энергии солнца, ветра и малых
гидростанций может хватить для удовлетворения потребностей всего мира.
Каждый год Земля получает от Солнца энергии и 100 раз больше, чем ее
содержится во всех запасах ископаемого топлива, вместе взятых.
Варианты прогнозов вклада возобновляемых источников энергии, поданным
Мирового Энергетического Совета, представлены в табл. 1. В США доля
производства электроэнергии на базе нетрадиционных источников энергии, в
общем ее объеме составляет 1 %, в Дании — 20 %. В Нидерландах доля
производства электроэнергии на их базе к 2010 г. возрастет с З до 10 %, в
Германии — с 5,9 до 12 %.
Причем большая часть потребности в энергии будет удовлетворяться за счет
солнечных элементов, ветроустановок, малых гидростанций и использования
биомассы остатков урожая и отходов деревообрабатывающей промышленности. Что
касается геотермального тепла, энергии волн и приливов, то в некоторых
районах мира эти источники энергии также могут оказаться значительными.
Согласно оценке Агентства по охране окружающей среды США через 20 лет
возобновляемые источники энергии смогут удовлетворить 1/3 мировой
потребности в энергии по сравнению с 1/17 частью сегодня. Еще через 20 лет
— 2/3 потребности в энергии. Но в этих целях процесс развития
нетрадиционной энергетики должен быть существенно ускорен. А для этого
нужна воля правительств и энергетиков всех стран и в первую очередь,
индустриально развитых.


Таблица 1. Прогноз вклада возобновляемых энергоисточников в общее
энергопотребление, млн т нефтяного эквивалента


|Виды энергоресурсов |Минимальный |Максимальный |
| |вариант |вариант |
| |млм т |% |млн.т |% |
|Современная биомасса |243 |45 |561 |42 |
|Солнечная энергия |109 |20 |355 |26 |
|Ветровая, геотермальная, М ГЭС, мусор|187 |35 |429 |32 |
|Всего |539 |100 |1345 |100 |
|Доля общего первичного |3 - 4 |8 - 2 |
|энергопотребления, % | | |

Что касается использования возобновляемых источников энергии в России,
то экономически эффективный потенциал возобновляемых источников энергии
России составляет свыше 270 млн т у. т. в год или более 25 % внутреннего
годового энергопотребления.
Причем значительными возобновляемыми ресурсами располагают большинство
регионов страны, в том числе и проблемные, сточки зрения энергоснабжения.
Соответствующие данные приведены в табл. 2.

Т а 6 л и ц а 2. Ресурсы возобновляемых источников энергии России

|Вид ресурса |Ресурс, млн т у. т. |
| | |
| |валовый |технический |экономический |
|Милая гидроэнергетика |360 |125 |65 - 70 |
|Геотермальная энергия |18·1017 |2·107 |115 -150 |
|Энергия биомассы |104 |50 - 70 |35 - 50 |
|Энергия ветра |26·103 |2·103 |12 - 15 |
|Солнечная энергия |23·105 |2,3·103 |13 - 15 |
|Низко потенциальное |525 |105 |30 – 35 |
|тепло | | | |
|Итого |183·106 |25·106 |270 - 335 |

В настоящее время в России действуют несколько экспериментальных и
опытно-промышленных электростанций, использующих возобновляемые
энергоресурсы, около 300 малых ГЭС, десятки небольших ветровых и солнечных
установок.
Всего в нашей стране используется пока 1,5 млн. т у.т. нетрадиционных
возобновляемых энергоресурсов, общий вклад которых в энергобалансе страны
не превышает 0,1 %. Технико-экономические показатели и состояние
строительства электростанций на базе НВИЭ показаны в табл. 3.
Однако, сегодня, как никогда ранее, необходимо более активно развивать
энергетику на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Причин
к тому много:
это возможность решения проблем обеспечения энергией отдаленных и
труднодоступных районов меньшими силами и средствами;
это необходимость сокращения объемов дорогостоящего строительства линий
электропередачи, особенно в труднодоступных и отдаленных регионах;
это использование электростанций на базе НВИЭ для оптимизации графиков
загрузки оборудования на других электростанциях;
это необходимость снижения вредных выбросов от энергетики (CO2, NOx и
других) в экологически напряженных регионах.


|Энергосистема |Электростанция |Установл|Годовая |Число |Примечание|
| | |енная |выработка |часов | |
| | |мощность|электроэне|использо| |
| | |МВт |ргии, |вания | |
| | | |кВт·ч |установл| |
| | | | |енной | |
| | | | |мощности| |
| | | | |, ч | |
|Камчатскэнерго|Мутновская ГеоТЭС |80,0 |577,00 |7500 |Строится |
|Камчатскэнерго|Верхне-Мутновская |12.0 |85,28 |7500 |Построена |
| |ГеоТЭС | | | | |
|Камчатскэнерго|Паужетская ГеоТЭС |11,0 |59,50 |3100 |Действующа|
| | | | | |я |
|Сахалкнэнерго |Океанская ГеоТЭС |31,5 |107,10 |3400/330|ТЭО* |
| | | | |0 /2600 | |
| | | | | | |
| |1-я очередь |12,6 |42,75 |3700/330|Проект |
| | | | |0 /2300 |оборудован|
| | | | | |ия |
|Калмэнерго |Калмыцкая ВЭС |22,0 |52.94 |2406 |Строится |
| | | | | | |
| |1-я очередь |9,0 |21,66 |2406 | |
|Магаданэнерго |Магаданская ВЭС |50,0 |127,00 |2330 и |ТЭО* |
| | | | |2560 | |
| | | | | | |
| |1-я очередь |10.0 |23,00 |2330 | |
|Комиэнерго |Заполярная ВЭС |2,5 |6.88 |2750 |Строится |
|Дальэнерго |Приморская ВЭС |30,0 |63,34 |2110 |ТЭО* |
| | | | | | |
| |1-я очередь |10,0 |29.34 |2934 | |
|Камчатскэнерго|Каскад ГЭС на р. |45.2 |160.90 |— |Строится |
| |Толмачева | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| |МГЭС-1 |2.0 |8.10 |3900 | |
| |МГЭС-2 |24,8 |87,40 |3510 | |
| |МГЭС-3 |1S.4 |65.40 |3550 | |
|Ставропольэнер|Кисловодская СЭС |1,5 |2.04 |1360 |ТЭО* |
|го | | | | | |
| | | | | | |
| |1-я очередь |0,5 |0,68 |1360 | |
|Хабаровскэнерг|Тугурская ПЭС |3800,0 |16200.00 | |ТЭО* |
|о | | | | | |


Таблица 3. Основные технико-экономические показатели и состояние
строительства нетрадиционных электростанций РАО «ЕЭС России»
* Технико-экономическое обоснование

Кроме того, это позволяет финансировать строительство электростанций на
базе НВИЭ за счет использования оплаты "квот за выбросы";
это необходимость увеличения объемов использования органических
энергоресурсов как сырья в химической и других отраслях промышленности за
счет снижения их доли на выработку электроэнергии;
это сохранение невозобновляемых энергоресурсов для наших будущих
поколений;
это обеспечение энергетической безопасности нашей страны. И, наконец,
потребность расширения использования нетрадиционных возобновляемых
источников энергии вызвана тем. что зона децентрализованного
энергоснабжения охватывает более 70 % территории нашей страны, на которой
постоянно проживает более 10 млн чел., в том числе в сельских
районах Севера -2,5 млн чел., временно проживающих — 0,4 млн чел.,
ведущих кочевой и полукочевой образ жизни — 0,05 млн чел.



Таблица 4. Экономия топлива за счет строительства нетрадиционных
станций РАО “ЕЭС России"

|Электростанции, энергосистемы|Затраты, млн долл.//Экономия топлива, тыс. т |
| |у.т. |
| |1998 – 2000 |2001 – 2005 |2006 – 2010 гг. |
| |гг. |гг. | |
|Мутновская ГеоТЭС, ОАО |0//0 |160//500 |0//800 |
|Камчатскэнерго | | | |
|Верхне-Мутновская ГеоТЭС, ОАО|25//56 |0//60 |0//120 |
|Камчатскэнерго | | | |
|Паужетская ГеоТЭС |10//90 |0//200 |0//200 |
|(реконструкция), ОАО | | | |
|Камчатскэнерго | | | |
|Океанская ГеоТЭС, ОАО |0//0 |25//40 |30//300 |
|Сахалинэнерго | | | |
|Калмыцкая ВЭС, ОАО Калмэнерго|6// 10 |10//20 |10//I10 |
|Заполярная ВЭС, ОАО |3//5 |2//10 |0//10 |
|Комиэнерго | | | |
|Западно-Приморская ВЭС. ОАО |0//0 |5//5 |10//75 |
|Янтарьэнерго | | | |
|Дагестанская ВЭС. ОАО |0//0 |2//5 |4//30 |
|Дагэмерго | | | |
|Магаданская ВЭС. ОАО |0//0 |20//30 |30// 150 |
|Мапишнлк- | | | |
|Ленинградская ВЭС, ОАО |0//0 |5//10 |10//75 |
|Лена!.. | | | |
|Морская ВЭС, ОАО Карелэнерго |0//0 |10//20 |30// 150 |
|Кисловодская СЭС, ОАО |0//0 |ПЗ* |2//6 |
|Станроши | | | |
|МГЭС, первоочередные |10//10 |30//100 |60//500 |
|Итого |57//171 |270//1003 |186//2526 |


* Проектное здание

Как известно, в эти регионы мы вынуждены завозить топливо
с большими трудностями, тратить на его доставку огромные
средства, крайне неэффективно использовать его и при этом
постоянно иметь проблемы с энергоснабжением. Нужда в завозе
значительной части топлива в эти районы может отпасть за счет
более широкого использования в этих регионах нетрадиционных
энергоустановок (табл. 4).
Поэтому ускоренное развитие нетрадиционной энергетики на
базе возобновляемых источников в этих регионах может стать
важным не только экономическим, но и социально-политическим,
стабилизирующим фактором.

2. Энергия морей и океанов
Моря и океаны обладают огромным потенциалом, который можно
использовать в производстве электроэнергии. Далее рассмотрим
некоторые электростанции которые преобразуют различные
энергии: приливов, волн, течений, разность температур в
электроэнергию.

2.1. Приливные электростанции.
Приливная энергия океана вызвана гравитационным
взаимодействием Земли с Луной и Солнцем. Приливообразующая
сила Луны в данной точке земной поверхности определяется как
разность местного значения силы притяжения Луны и центробежной
силы от вращения системы Земля - Луна вокруг общего центра
тяжести. В результате действия этой силы на поверхности Земли
возникают приливные колебания уровней воды, сопровождаемые
наступлением волны прилива на берег.
Приливные колебания уровня чаше всего имеют периодичность
равную половине лунных суток, т.е. 12ч 24 мин. (полусуточные
приливы), либо целым лунным суткам, т.е. 24 ч 48 мин.
(суточные приливы). Чаше они носят смешанный характер.
Разность уровней колебания волы - это разность уровней
между максимальным приливом и минимальным отливом. Наивысших
прилив (17.3м) наблюдается в вершине залива Фанли (Канада). В
Европе высокие приливы наблюдаются н Англии (устье р. Северн.
Бристоль) -14,5 ч, во Франции (устье р. Ране. Сен-Мало) - 14,7
ч. У берегов России высокие приливы наблюдаются в Пенжинском
(14,5 м) и Тугурском (10 м) заливах Охотского моря и Мезенском
заливе (10м) Белого моря. На Мурманском побережье Баренцева
моря прилив достигает 7,2 м.
Мировые энергетические ресурсы приливной энергии
оцениваются в 1 трлн кВт ч. Однако, использование этой энергии
затрудняется ее пульсирующим прерывистым характером.
Наиболее распространена в настоящее время одно-бассейновая
схема приливной электростанции (ПЭС). Мощность ПЭС вследствие
изменения напора волн возрастает от нуля до некоторого
максимального значения и затем вновь снижается до нуля.
В современных условиях при работе ПЭС в достаточно мошной
энергосистеме прерывистый характер выдачи электроэнергии
приливной электростанцией не имеет важного значения. Гораздо
важнее получить от нее мощность в часы наибольшей нагрузки в
энергосистеме, что позволит обеспечить наиболее рациональный
режим работы агрегатов ТЭС и АЭС.
Ценное качество приливной энергии заключается в
неизменности ее среднемесячного значения в любой сезон и любой
по водности год, что важно при использовании ПЭС в целях
экономии топлива в системе. Но при работе ПЭС на
изолированного потребителя необходимо ее резервирование другим
источником энергии. Кроме того, учитывая неравномерность
работы ПЭС, для эффективного использования целесообразно ее
объединять с ГАЭС или ГЭС, имеющими водохранилища для
аккумулирования энергии ПЭС.
В России использование приливной энергии в прибрежных
районах морей бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов
возможно, но изначально требует больших капиталовложений и
предполагает высокую себестоимость электроэнергии.
На сегодня энергия приливов является наиболее освоенным
видом энергии морей и океанов. В настоящее время действуют
промышленная ПЭС Ране но Франции (240 МВт), опытные ПЭС
Аннаполис в Канаде (20 МВт) и Кислогубская - в России (0,4
МВт). Построены также три опытных ПЭС и Китае и одна - в
Корее. Во многих странах мира ведется проектирование
промышленных приливных электростанций.
35-летний опыт эксплуатации первой в мире промышленной
приливной электростанции Ране во Франции и 33-летний опыт
работы Кислогубской ПЭС в России доказали, что приливные
электростанции устойчиво работают в энергосистемах как в
базовой, так и к пиконом частях графика нагрузок.



а)
[pic]б)
Здание Кислогубской ПЭС: а – продольный разрез (I – вид
со стороны бассейна; II – вид со стороны моря); б -
поперечный разрез.

На рис. показана экспериментальная Кислогубская ПЭС
мощностью 450 кВт. На электростанции длительное время
проводятся исследования по отработке режимов работы станции,
изучению ее воздействия на окружающую среду,
материаловедческие исследования.
Гидропроектом разработан новый тип так называемой
ортогональной гидротурбины, которую предполагается испытать на
Кислогубской ПЭС. Создание этого эффективного и технологически
простого гидроагрегата позволит значительно снизить стоимость
строительства ПЭС.
В России в настоящее время разработано технико-
экономическое обоснование Тугурской ПЭС мощностью 8 МВт и
Пенжинской ПЭС мощностью 87 М Вт на Охотском море и Мезенской
ПЭС мощностью 11,4 МВт на Белом море. Начато проектирование
Кольской опытно-промышленной ПЭС мощностью 32 МВт.
Наплавная российская технология строительства ПЭС,
апробированная на Кислогубской ПЭС и на защитной дамбе от
наводнения С.-Петербурга, позволяет на 1/3 снизить капитальные
затраты по сравнению с классическим способом строительства
гидротехнических сооружений за перемычками.
Обоснования проектов ПЭС в России осуществляются на базе
исследований НИИЭС на Кислогубской ПЭС, где испытываются
морские материалы, конструкции, оборудование и
антикоррозионные технологии.
Комплекс проектных и научно-исследовательских работ по
созданию морских энергетических и гидротехнических сооружений
на побережье и на шельфе, проводимых в условиях Крайнего
Севера, позволяет в полной мере реализовать все преимущества
приливной гидроэнергетики.
Однако следует констатировать, что из-за отсутствия
финансовых средств все эти работы, как и работы по другим
направлениям малой энергетики, в нашей стране фактически
сворачиваются.

2.2. Энергия волн морей и океанов.
Мощность ветровых волн Мирового океана оценивается
примерно в 10 - 90 млрд кВт, однако мощность, которая может
быть реально использована, значительно ниже — всего 2,7 млрд
кВт.
Пока же достигнутый технический уровень позволяет
использовать энергию волн лишь в прибрежных зонах, где она
превышает 80 кВт/м. В омывающих Россию морях мощности еще ниже
и составляют для Черного моря 6 — 8 кВт/м, Каспийского -7-11
кВт/м, Баренцева 22 - 29 кВт/м, Охотского 12- 20кВт/м.
Что касается удельной плотности волновой энергии, т.е.
мощности, приходящейся на единицу поверхности, то она примерно
в 10 раз больше плотности ветровой энергии и значительно
превышает плотность солнечной энергии.
Важной особенностью морского волнения является его
неравномерность во времени, максимальное значение в 5 — 11 раз
выше средних значений. Удельная мощность волн, образующихся на
больших глубинах при значительной удаленности от побережья на
порядок выше, чем в прибрежной зоне.
В волновых установках энергия волн может или
непосредственно преобразовываться в энергию вращения вала
генератора, или служит основой привода турбины, на одном валу
с которой (или через редуктор) находится генератор. Все
известные волновые установки состоят из четырех основных
частей: рабочего органа, рабочего тела, силового
преобразователя и системы креплений.
Волновые установки, располагаемые в береговой зоне морей,
в результате отбора ими энергии волн снижают их размывающую
способность и тем самым делают ненужными громоздкие и
дорогостоящие берегозащитные сооружения.
Процесс преобразования волновой энергии в электрическую не
связан с отрицательным экологическим воздействием на природу.
Однако при расположении волновых энергетических установок
некоторых типов в открытом море есть опасность, что в
результате преобразования энергии волн может произойти
отрицательное воздействие на жизнь моря, поскольку волны
способствуют обогащению поверхностного слоя воды кислородом и
питательными веществами.
Использование энергии волн пока не вышло из стадии
создания экспериментальных установок. Предложено много
различных конструкций — "Утка Солтера", различные поплавковые
конструкции и т.п. Подобные установки испытывались в США,
Англии, Дании и Японии. В середине 90-х годов установка
мощностью З кВт испытывалась Дагестанским филиалом ЭНИНа на
Каспийском море близ Махачкалы.

2.3. Тепловая энергия морей и океанов.
Как известно. Солнце нагревает лишь верхний слой воды
морей и океанов, причем нагретая вода не опускается вниз,
поскольку плотность ее меньше холодной. В тропических морях
верхний слой воды, толщина которого не превышает нескольких
метров, нагревается всего до 25 – 30 (С. В то же время,
температура воды на глубине 1 км не превышает 5 ?С.
Получающийся тепловой градиент создает запасы тепловой
энергии, равные 3,4 - I024 Дж/год или 95 - 10'- кВт - ч/год.
Разность температур слоев морской воды в энергетических целях
можно использовать в схеме двухконтурной электростанции.
Теплая морская (океанская) вода из верхних слоев используется
для испарения жил-кости, точка кипения которой не превышает 25
— 30 °С (фреона, пропана, аммиака). Пар этой жидкости
срабатывается в турбогенераторе. Отработавший пар после выхода
из турбины охлаждается более холодной водой, поступающей из
глубинных слоев, конденсируется и вновь используется в цикле.
Проведенные расчеты и опытные работы показывают, что
себестоимость электроэнергии на океанических ТЭС (ОТЭС)
примерно соответствует этому показателю на современных ТЭС и
АЭС. Однако развитию создания ОТЭС препятствует нерешенность
некоторых технических проблем, среди которых — отсутствие
достаточно эффективных и экономически приемлемых средств
борьбы с коррозией и биологическим обрастай нем оборудования и
трубопроводов. В экологическом отношении ОТЭС безвредны. Но
если в контуре, по которому циркулирует рабочая жидкость,
возникает утечка, то это может нанести вред морской флоре и
фауне.

2.4. Энергия океанических течений.
В океанических течениях (поверхностных и глубинных)
сосредоточены огромные запасы кинетической энергии (около 7,2
- 1012 кВт ч/год), которую можно преобразовать в
электрическую. Всю акваторию Мирового океана пересекают
течения, имеющие различные направления и скорости.
Некоторые из них описывают огромные окружности. Под
поверхностными течениями есть и другие – глубинные.
В США с 1973 г. разрабатывается "Программа Кориолиса",
которая предусматривает установку во Флоридском проливе 242
подводных установок суммарной мощностью 20000 МВт.
Рассматривается также возможность использования в качестве
первичного двигателя таких установок прямоточной турбины
диаметром 168 ч с частотой вращения 1 об/мин. Расстояние между
лопастями турбины будет таково, что обеспечит безопасный
проход самых крупных рыб. Вся установка будет погружена на 30
м под уровень океана с тем, чтобы не препятствовать
судоходству.
В Японии исследуется возможность использования энергии
теплого течения Куросиво, в котором расход воды оценивается 55-
106 м3/с, а скорость у восточного побережья страны 1.5 м/с.
Используемые для этого трехлопастные гидротурбины будут иметь
диаметр рабочего колеса 53 м.
Разработан схематический проект использования течения в
Гибралтарском проливе, в котором расход воды (20 – 40)· 103
м3/с может обеспечить получение электроэнергии в
количестве 150 млрд кВт·ч/год.
Анализ экономических показателей морских и океанических
электростанций показывает, что по мере совершенствования схем
преобразования энергии, конструкций и технологии сооружения
этих энергоустановок, их материало- и капиталоемкость будет
снижаться.



Список литературы:

1. “Малая энергетика России. Проблемы и
перспективы” Москва. НТФ ”Энергопрогресс”,
2003г. [приложение к журналу “Энергетик”]
2. “Энергетика за рубежом” Москва. НТФ
”Энергопрогресс”, 2000г. [приложение к журналу
“Энергетик”]




Новинки рефератов ::

Реферат: Национально-освободительное движение в Греции "Филики Этерия" (История)


Реферат: Функции менеджмента: планирование, организация мотивация и контроль (Менеджмент)


Реферат: Внешняя политика Японии в 30-40 гг. XX века (История)


Реферат: Страхование водного транспорта (Страхование)


Реферат: Влияние малых социальных групп на формирование мировоззрения молодежи (Социология)


Реферат: Османська Імперія (История)


Реферат: Спор Иуды Искариота с Иисусом Христом в рассказе Л.Н.Андреева "Иуда Искариот" (Литература)


Реферат: Интеллектуальная биография Альфреда Маршалла (Исторические личности)


Реферат: Наследование по завещанию (Право)


Реферат: Американский период творчества П.А. Сорокина (Социология)


Реферат: Моделирование процессов переработки пластмасс (Технология)


Реферат: Чайная церемония (Культурология)


Реферат: Дисциплинарная ответственность. Применение дисциплинарного взыскания (Право)


Реферат: Греческая цивилизация (История)


Реферат: Выбор и обоснование тактико-технических характеристик РЛС. Разработка структурной схемы (Радиоэлектроника)


Реферат: Институт семьи и брака (Социология)


Реферат: Лекции по международному частному праву (Международное частное право)


Реферат: Эпический театр Бертольда Брехта (Искусство и культура)


Реферат: Коста Леванович Хетагуров: Жизнь и творчество (Литература)


Реферат: Дееспособность несовершеннолетних (Гражданское право и процесс)



Copyright © GeoRUS, Геологические сайты альтруист