Проблемы энергетики – Проблемы современной энергетики. Доступность энергоресурсов является ключевым фактором.

Содержание

Проблема энергетическая: пути решения

Проблема энергетическая рано или поздно настигает каждое государство на планете. Запасы недр Земли не бесконечны, поэтому планирование будущего является основной задачей исследовательских организаций. На данный момент человечество не придумало альтернативу основным ресурсам, необходимым для ведения жизнедеятельности.

Основная забота человечества

Проблема энергетическая затрагивает каждую ячейку общества. Основные цели использования природных ресурсов — это:

  • обогрев жилья;
  • транспортировка грузов;
  • использование в промышленности.

Естественные источники энергии не могут в полном объёме перекрыть получаемый коэффициент полезного действия от угля, нефти, газа. Насущный вопрос экологичности переработки ископаемых в энергию также волнует все исследовательские сообщества.

Условия изменились

Проблема энергетическая сформировалась десятки лет назад после резкого роста потребления ресурсов, связанного с развитием автотранспортной промышленности.

Кризис разрастался, и были сделаны выводы, что запасов нефти хватит не более чем на 35 лет. Но это мнение поменялось после открытия новых месторождений. Развитие топливной промышленности привело к ухудшению экологии в мире, что породило появление новой проблемы: как сохранить растительность и животный мир.

Проблема энергетическая рассматривается не только как вопрос добычи и запасов ресурсов, но и как побочные эффекты от грязного производства топлива. Из-за желания обладать месторождениями между странами возникают конфликты, перерастающие в затяжную войну. Экономическая ситуация регионов зависит от метода добычи энергии, от доступа к ней, месту разработки и наполнения баз под хранение ресурсов.

Решение энергетической проблемы поможет улучшить ситуацию сразу в нескольких отраслях, что актуально для всех слоев населения. Владение основной частью ресурсов дает возможности для управления странами; здесь затрагивается интерес движения к глобализации экономики.

Варианты закрытия вопроса о топливном кризисе

Основные пути решения проблем уже изучены экономистами. Пока что не существует реально действующего ответа на этот вопрос. Все варианты выхода из топливного кризиса длительны и рассчитаны на сотни лет. Но постепенно человечество осознает необходимость кардинальных действий в направлении замены традиционных методов добычи энергии на экологичные и более полезные.

Проблемы энергетического развития будут расти с ростом технологичности производств и транспорта. В некоторых регионах уже наблюдается нехватка ресурсов в энергетической отрасли. Китай, к примеру, достиг предела в развитии энергетической промышленности, а Великобритания стремится сократить эту область для восстановления экологической обстановки.

Основная же тенденция развития энергетики в мире движется к наращиванию объема поставок энергии, что неизбежно ведет к кризису. Однако у стран, затронутых топливным кризисом 70-х годов, уже выработан механизм защиты от скачков в экономике. Предприняты глобальные меры по энергосбережению, дающие положительные результаты уже в настоящее время.

Экономия расхода топлива

Энергетический кризис частично решается за счет мер сбережения. Экономически подсчитано, что единица сэкономленного топлива дешевле на одну треть добытой из недр Земли. Поэтому на каждом предприятии нашей планеты введён режим оправданной экономии энергии. В результате такой подход ведёт к улучшению показателей.

Глобальная энергетическая проблема требует объединения исследовательских институтов всего мира. По результатам экономии расхода энергии в Великобритании экономические показатели повысились в 2 раза, а в США — в 2,5. В качестве альтернативных решений развивающиеся страны проводят действия, направленные на создание энергоемких производств.

Энергетическая и сырьевая проблема присутствует в более острой форме в развивающихся странах, где потребление энергии растёт с повышением уровня жизни. Развитые страны уже приспособились к меняющимся условиям и выработали механизм защиты от резких скачков спроса потребителей. Поэтому у них показатели расхода ресурсов оптимальные и меняются незначительно.

Трудности на пути сбережения ресурсов

При оценке энергозатрат учитывается целый комплекс энергетических проблем. Одной из главных является дешевизна нефти и газа, что мешает внедрению экологически чистых преобразователей естественной энергии (солнца, движения воды, ветра океана) в электрическую. Технологии вносят существенный вклад в энергосбережение. Учёные постоянно находятся в поиске более доступных и экономически выгодных способов выработки энергии. К таким относят электромобили, солнечные батареи, аккумуляторы, изготовленные из отходов.

Наиболее интересные для экономики идеи и изобретения уже получили одобрение со стороны жителей стран Германии, Швейцарии, Франции, Великобритании. Путём замещения переработки ископаемых экологически чистыми преобразователями энергии была решена проблема нехватки ресурсов. Говорить о мировом кризисе из-за ограниченных запасов ископаемых в настоящее время уже не приходится.

Варианты замещения энергий

Задачей исследовательских институтов на пути решения энергетической нехватки в определённых регионах является поиск варианта развития технологий, необходимых для регулирования дисбаланса ресурсов. Так, в пустыне лучше развивать добычу электричества из солнечных лучей, а в дождливых тропиках стараются использовать гидроэлектростанции.

Для сохранения экономических и экологических показателей на должном уровне в первую очередь стараются заменить использование первичных ресурсов: нефти и угля. Для общества более выгоден природный газ и другие альтернативные источники энергии.

Большинство преобразователей чистых энергий требует колоссальных материальных затрат на их внедрение в повседневную жизнь. К этому ещё не готовы развивающиеся страны. Частично проблема нехватки энергии решается равномерным расселением жителей мегаполисов по свободным территориям. Этот процесс должен сопровождаться постройкой новых экологичных станций по переработке естественных энергий в электричество, тепло.

Вред от первичных ресурсов

Основными угрозами для природы и человека являются добыча нефти на шельфе, выбросы продуктов сгорания в атмосферу, результаты химических и атомных реакций, открытая добыча угля. Эти процессы требуется вовсе прекратить, решением может стать развитие научной индустрии в отстающих регионах. Потребление ресурсов растёт с развитием общества, перенаселением местности и открытием мощных производств.

fb.ru

42. Основные проблемы современной энергетики.

Энергетическая проблема — одна из важнейших проблем, которые сегодня приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие достижения науки и техники, как средства мгновенной связи, быстрый транспорт, освоение космического пространства. Но все это требует огромных затрат энергии. Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул новую острую проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет серьезную опасность для человечества.

Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.

На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в.) наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах.

Слово «энергия» с греческого означает действие, деятельность. Важность понятия энергии определяется тем, что она подчиняется закону сохранения. Представление об энергии помогает понять невозможность создания вечного двигателя. Работа может совершаться только в результате определенных изменений окружающих тел или систем (горения топлива, падения воды). Способность тела при переходе его из одного состояния в другое совершать определенную работу (работоспособность) и была названа энергией. Сейчас как никогда остро встал вопрос: что ждет человечество — энергетический голод или энергетическое изобилие. Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе. Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразования из других форм. Вечные двигатели к сожалению невозможны. А сегодня 4 из 5 произведенных киловатт электроэнергии получаются при сжигании топлива или использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых станциях. Возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике.

Не зря говорят: «Энергетика — хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие — «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии,

которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря — о богатстве любого государства.

В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.

За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической

энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.

К энергии собственных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня — гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя.

Потом люди придумали мельницы — технику для преобразования энергии ветряных потоков и ветра в механическую энергии вращающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжение достаточно мощные

технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и — уже в середине ХХ столетия — атомные реакторы.

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для другого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выбросы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят большой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В худшем случае такой пожар может сопровождаться взрывом с образованием облака угольной пыли или сажи.

Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. А какой вред причиняют природе гидроэлектростанции! Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато

вред водной среде наносит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены гидроэлектростанции, особенно если их несколько – так называемые каскады ГЭС, — резко меняется количество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельского хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей.

Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной энергетике. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возобновимые – малые, или «нетрадиционные», — виды получения энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.

studfiles.net

Экологические проблемы энергетики

В современном мире все больше возрастает потребность людей использовать энергетические ресурсы. На данный момент эксплуатируются следующие виды источников энергетической индустрии:

  • органическое топливо – каменный уголь, газ;
  • вода;
  • атомное ядро.

Атомная энергия и энергия воды превращается в электроэнергию, подается населению для жизнеобеспечения населенных пунктов. Высвобождение энергии происходит за счет процесса горения. В данном случае в атмосферу выделяются продукты горения, что ухудшает экологию местности.

Как влияет энергетика на экологию?

В целом энергетическая отрасль влияет на экономику позитивно. Что касается окружающей среды, то энергетика на нее влияет негативно:

  • способствует климатическим изменениям;
  • происходит изменение гидрологического режима рек;
  • загрязнение вод Мирового океана химическими веществами;
  • влияет на появление кислотных дождей;
  • атмосфера загрязняется газами, пылью, вредными выбросами;
  • образуется парниковый эффект;
  • происходит радиоактивное и химическое загрязнение литосферы;
  • исчерпываются невозобновимые природные ресурсы.

Среди других проблем энергетики существенной является небезопасность оборудования различного рода электростанций, будь то тепловая или атомная. Использование, к примеру, атомных реакторов ставит под угрозу существование всего человечества. Так авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году – это был лишь небольшой пример того, как энергетика губительна для всего живого в округе. Вполне вероятен более печальный сценарий при взрыве любой АЭС. Стоит подчеркнуть, что не всегда своевременно происходит замена старого оборудования на новое. Также возникает проблема утилизации радиоактивных отходов, поскольку их нужно изолировать и надежно хранить, что требует огромнейших финансовых растрат.

Вывод

Пожалуй, справедливо будет заметить, что от внимательности, компетентности и мастерства работников ТЭС, АЭС, ГЭС зависят не только человеческие жизни людей, проживающих вблизи объекта энергетической сферы, но и всех людей на планете, состояния окружающей среды в целом. Необходимо заниматься развитием альтернативных источников энергии, использование которых будет более безопасным, чем используемые ныне электростанции. Также требуется проводить информационное оповещение населения, чтобы убедить людей пользоваться электроприборами в экономном режиме, что позволит существенно экономить энергоресурсы. В связи с этим решение энергетических проблем повлияет на решение основных экологических проблем планеты.

ecoportal.info

Энергетическая проблема и пути её решения. Перспективы альтернативной энергетики :: SYL.ru

Время не стоит на месте. В глубокой древности люди использовали как источник энергии только собственные силы, или, по возможности, силы домашних животных. Потом первым внешним источником энергии, который научились использовать люди, был огонь. Все, что вначале умели получить от огня, это приготовление еды и обогрев своего жилища. Сегодня на службе у человечества находятся источники энергии, которые превышают человеческую силу в миллионы раз. Сейчас мы готовим еду не только с помощью огня, специальной техникой поднимаем тонны грузов, используя ракеты, покоряем космос, заглядываем в глубины Земли и строим миллионы городов. Тем не менее, в мире все чаще возникают локальные энергетические кризисы, связанные с недостатком энергетических ресурсов.

Закон энергии

Энергия никогда не исчезает, она может менять форму и накапливаться. Например, растения нуждаются в солнечном свете, они превращают солнечную энергию и накапливают ее. Вместе с тем, они отдают ее нам в виде съедобных продуктов, люди и животные потребляют эти растения и превращают эту энергию, которая в них накапливается, например, в мышечную работу. С другой стороны, при сжигании дров на костре также освобождается энергия, происходящая от Солнца. Кроме того, все ископаемые ресурсы планеты, прежде всего уголь, природный газ, нефть являются накопителями солнечной энергии. Все эти топливно-энергетические ресурсы образовались из останков животных и растений, которые существовали миллионы лет назад, под действием давления и чрезвычайно высокой температуры в земной коре.

Средневековому человеку показалось бы волшебством, если бы перед его глазами кто-нибудь добыл свет из угля или привел бы в движение машину с помощью нефти. Но это волшебство заключается только в том, чтобы сделать возможным накопление энергии и переход ее из одной формы в другую. В наше время этот процесс стал для всех настолько обычным, что мало кто задумывается об энергетической проблеме и о тех ресурсах, которые мы для этого берем. С того времени, когда человечество начало разгадывать секреты энергии, оно старается добыть энергию с наименьшими затратами. Идеальным вариантом было бы изобрести машину времени, так называемую «перпертум мобиле», которая производила бы энергию сама, получая ее из ничего. Но, к сожалению, такой вечный двигатель, который бы решил все проблемы энергетических ресурсов, создать невозможно. Общее количество энергии всегда остается неизменным, ее нельзя создать, можно лишь освободить накопившуюся энергию и превратить в другую: световую, электрическую, тепловую, физическую, химическую и т. д.

Вода как источник энергии

Человек может использовать мощную силу воды, на некоторых этапах вмешиваться в природный кругооборот воды, чтобы таким образом добывать энергию. Сегодня на гидроэлектростанциях производится электроэнергия, которую можно накапливать или же сразу потреблять по назначению.

Невероятной силы морские волны ежесекундно разбиваются о многочисленные побережья, мощная энергия их выполняет свою работу. Но человечество до сих пор не в силах использовать силу морских волн для производства энергии, хотя существует бессчетное количество теоретических моделей и идей их реализации для решения энергетической проблемы. С недавнего времени, а именно после аварии на Чернобыльской АЭС правительства многих морских государств всерьез заинтересовались этим безопасным источником энергии, до этого проводились испытания в основном в области атомной энергетики.

Уголь

Все виды угля – это результат процесса, длившегося миллионы лет, во время которого останки разнообразной растительности разложились и превратились под действием высокого давления в торф, затем — в уголь. Эти залежи на протяжении миллионов лет все глубже и глубже проникали в земную кору, покрываясь сверху новыми пластами. Например, слой торфа в 50 метров уплотнялся до пласта угля в 3 метра. Первыми, еще в I столетии нашей эры, с помощью угля отапливали свои жилища римляне. Исследователи считают, что торф использовался для отопления еще в доисторический период. И только в XVI веке уголь стали использовать в Европе как топливо.

Уголь и нефть по своему происхождению и химическому составу принадлежат к одной группе. На самом деле из угля так же, как из нефти, можно получить бензин. Этот способ был разработан в Германии во время Второй мировой войны, когда нефти для производства бензина не хватало. Этот метод заключается в том, что в процессе сжигания уголь размельчается и проходит определенные химические процессы, в результате чего получается отличное топливо.

Нефть

Как и другие виды ископаемого топлива, которое человечество сжигает для получения тепла и электроэнергии, нефть имеет чрезвычайно почтенный возраст. Самые старые месторождения нефти были образованы 600 млн лет назад. Нефть заполняла все пустоты и щели земной коры, создавая громадные месторождения. В наше время они активно отыскиваются, бурятся скважины и добываются огромные запасы этих залежей.

Из нефти производят все больше и больше веществ, потребляемых человечеством. Бензин и дизельное топливо — не единственные продукты, потребляемые человеком. Нефть является сырьем для производства лекарств, искусственных тканей, ядов, минеральных удобрений, косметики, пластмассы. Мы даже не подозреваем, насколько человечество зависимо от этих топливно-энергетических ресурсов. Не зря самые богатые страны в мире – это страны-добытчики и производители нефти. В наше время везде господствует нефть. Ни одна другая форма по мощности пока не может заменить нефть как источник энергии.

Природный газ

Газ, используемый для отопления, приготовления еды или производства электроэнергии, — это в большинстве случаев пропан, бутан или природный газ. Он был обнаружен во время бурения первых нефтяных скважин почти случайно. Сегодня природный газ обеспечивает пятую часть мировой потребности в энергии.

Природный газ, который сгорает во время приготовления еды, выделяет энергии в два раза больше, чем электрический ток, производимый тепловыми электростанциями. Природный газ, так же как и уголь, является ископаемым топливом, но по своему происхождению ближе к нефти. Именно поэтому он добывается вместе с нефтью или в виде самостоятельных газовых образований. Проще всего добывать природный газ из месторождений, которые находятся под землей, как на Ближнем Востоке или в Сибири. Безопасность при его выработке обеспечивается системой соединительных труб и вентилей, с помощью которых регулируют давление, так как газовые месторождения постоянно находятся под огромным давлением.

Главные европейские месторождения газа находятся в Италии, Франции и Голландии, а также в Северном море, возле побережья Великобритании и Норвегии. Кроме этого, Россия поставляет сибирский газ разветвленной системой газопроводов в страны Центральной Европы. Россия – главный поставщик газа, из Сибири поступает третья часть всех используемых в мире запасов газа.

Энергия из атомов

Атомную энергию человечество научилось получать на электростанциях путем расщепления ядра атома урана. Именно этот элемент имеет нестабильное ядро и легче всего расщепляется под действием нейтронов. В результате распада ядра освобождаются новые нейтроны, которые, в свою очередь, расщепляют другие ядра атомов. Этот процесс превращается в цепную реакцию и освобождает огромное количество энергии, которая используется для превращения воды в пар, приводящий в движение турбину и электрогенератор. К сожалению, этот способ решения энергетической проблемы небезопасный, вместе с энергией атомных ядер происходит радиоактивное излучение, опасное для всех живых организмов. Поэтому защита с помощью специальных кожухов на таких электростанциях должна быть максимальной.

Мягкие энергии

По мнению ученых, решение энергетической проблемы в будущем за мягкими альтернативными видами энергии. Существуют такие формы, как энергия ветра, биоэнергия и солнечная энергия. Они не тратят полезные ископаемые и не вредят окружающей среде. Еще их называют возобновляемыми источниками энергии. До тех пор, пока существует жизнь на Земле, сила ветра, биоэнергия и солнечная энергия неисчерпаемы, а ископаемые источники в виде угля, газа и нефти когда-нибудь исчезнут.

Биоэнергия

Биоэнергия – энергия, которая вырабатывается из растений. Для животных и людей растения являются самым важным источником энергии и пищевым продуктом. Растения получают запас энергии непосредственно от Солнца, древесина – носитель возобновляемой биоэнергии. Но потребности нашего индустриального общества настолько велики, что вся древесина на планете сможет удовлетворить только небольшую ее часть, не решая проблемы энергетической. Во многих странах древесина выступает основным источником энергии. Неконтролируемая вырубка ведет к уменьшению количества деревьев, поскольку часто для их насаждений не хватает денег. В таком случае этот источник постепенно становится невозобновляемым, что станет одной из причин энергетической проблемы.

Альтернативным и перспективным методом получения энергии считается производство биогаза. Он формируется из разрушенных веществ животного и растительного мира при отсутствии контакта с воздухом. Сельские хозяйства, где собирается в виде отходов много биомассы, могут использовать для производства метана специальные установки биогаза. Работа таких установок не вредит окружающей среде, а их использование не требует никаких затрат. Решение энергетической и сырьевой проблемы именно в таких альтернативных источниках. Но, конечно, сначала они должны быть построены, а первые опыты всегда связаны с большими расходами. Интересный способ расходовать меньше бензин, например, нашли в Бразилии. Они производят биоспирт — жидкость, получаемую из брожения сахарного тростника и кукурузы. Этот алкоголь добавляется к обычному бензину. Таким образом, страна становится менее зависимой от импорта бензина.

Еще один пример использования биоэнергии представляют собой калифорнийские побережья. На морских фермах выращивается одна из разновидностей морских водорослей, которые ежедневно вырастают на полметра. Их также перерабатывают для получения бензина, а другие виды водорослей используют как сырье на тепловых электростанциях, уменьшая энергетическую и сырьевую проблему.

Энергия ветра

Ветер – один из традиционных источников энергии. Еще в VII веке до н. э. в Персии использовали ветряки, а в 1920 году в США впервые ветряк использовали для производства электроэнергии. Еще спустя 10 лет в Австрии и Баварии были построены ветряные установки, которые обеспечивали собственным электричеством целые местности.

Современные силовые установки производят электроэнергию. С помощью силы ветра движутся электрогенераторы, которые питают электросеть или же накапливают энергию в аккумуляторных батареях. По мнению специалистов, использование силы ветра имеет большое будущее, если человечество отдаст предпочтение развитию технологии альтернативной энергетики, а не атомной энергетике и использованию нефти как источника энергии.

Солнечная энергия

С точки зрения производства энергии, мы можем рассматривать Солнце как разновидность атомного реактора чрезвычайной мощности. Только миниатюрная частичка достигает Земли, но даже она дает возможность жизни. Можно ли превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую? Да, это вполне возможно с помощью солнечных батарей. Уже сегодня везде, где ярко светит Солнце и потребности в электроэнергии небольшие, получают энергию непосредственно от Солнца. Солнечные батареи – это пластины, которые имеют два чрезвычайно тонких слоя. Один слой состоит из кремния, второй – из кремния и бора. Вместе с солнечным светом, который попадает на солнечную батарею, на ее внешний слой проникают фотоны – мельчайшие частички света, излучаемые Солнцем. Они приводят в движение электроны, перенося их во второй слой и, таким образом, вызывают электрическое напряжение. Перемещаемые электроны попадают в накопитель тока, затем — в электрические проводники. Таким образом, например, станции на солнечных батареях уже решают энергетическую проблему Дальнего Востока.

Солнечные батареи постоянно совершенствуются. Пока они еще очень дорогие, но надеемся, что в недалеком будущем они станут достаточно эффективными и дешевыми и смогут решить глобальную энергетическую проблему, удовлетворить значительную часть потребностей человечества в электроэнергии. Такие солнечные фермы сейчас находятся в нежилых краях из-за чрезвычайной жары. Перспективы использования солнечной энергии огромные, по мнению специалистов, если техника для производства водорода будет дальше развиваться, то накопленную в пустынных районах солнечную энергию можно будет доставлять в виде водорода к странам-потребителям.

Зачем беречь энергетические запасы?

Залежи нефти, угля и природного газа, образованные нашей планетой на протяжении миллионов лет, человечество тратит за несколько лет. Когда мы бездумно тратим эти запасы с увеличением добычи энергоносителей, мы обворовываем своих потомков.

Этим мы нарушаем баланс энергии на Земле, ведь соотношение полученной энергии и отдаваемой обратно в космос должно быть уравновешенным. Если же человечество уничтожает и сжигает энергетические запасы, то образуются газы, которые препятствуют возвращению в космос излишка солнечной энергии. Как результат, возникает глобальная энергетическая проблема — наша планета становится теплее, возникает явление, называемое парниковым эффектом. Парниковый эффект может настолько изменить мировой климат, что произойдет расширение пустынь, образуются опустошающие смерчи, растает лед на полюсах, значительно поднимется уровень моря, множество побережий будут залиты водой.

Кроме того, время истощения энергетических ресурсов уже пришло. Ученые бьют тревогу, доказывая, что энергетических ископаемых запасов хватит на несколько десятков лет, затем потребление энергии снизится и благосостояние человечества тоже. Решение проблемы в быстром переходе общества к разумному потреблению энергетических запасов и разработке новых альтернативных и безопасных методов добычи энергии.

www.syl.ru

Энергетические проблемы человечества

Для того чтобы представить энергетические потребности че­ловечества и сравнить их с энергетикой процессов, происходящих в геосферах Земли, мы приводим эти энергетические величины в табл. 21.1.

Рассмотрение таблицы показывает, что у человечества есть в резерве мощные источники энергии. Однако их использование, вероятно, является делом далекого будущего. Таблица также показывает, что энергетика техногенных процессов уже стала соизмеримой с энергетикой крупных геофизических процессов.

Материалы данной главы базируются, в основном, на рабо­тах [6, 31, 108, 120].

Природные ресурсы широко используются для получения энергии. Ископаемое топливо, радиоактивные элементы, потен­циальная энергия воды являются основными видами энергети­ческих ресурсов. При их использовании окружающей среде на­носится существенный вред.

Энергетика является основой благосостояния человечества. Во всем мире наблюдается непрерывный рост энергопотребле­ния. Например, в 50-70-х гг. XX в. среднедушевое потребление энергии возросло почти в два раза. За 200 лет глобальное по­требление энергии возросло почти в 30 раз и составило 13 Гт у. т. (тонна условного топлива (у. т.) равна 29,3 ГДж). Уровень жизни населения всех странах определяется обеспеченностью энергией, хотя обеспеченность энергией может сильно различаться, напри­мер, из-за климатических условий. Душевое потребление энергии является важнейшим показателем, характеризующим не только уровень благосостояния жителей страны, но и ее этап экономиче­ского развития. В наиболее богатых странах на душу населения приходится в год 10-14 т у.т. (США, Канада, Норвегия), в наи­более бедных — 0,3-0,4 т у. т. (Мали, Чад, Бангладеш). Абсолют­ные цифры душевого потребления топлива не дают представле­ния о том, как топливо расходуется. В странах, расположенных в тяжелых климатических условиях, имеющих значительную


 


 


 

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики 485

3. Загрязнение гидросферы: тепловое загрязнение водоемов,
выбросы загрязняющих веществ, изменение режима под­
земных и поверхностных вод.

4. Загрязнение литосферы при транспортировке энергоноси­
телей и захоронении отходов, при производстве энергии.

5. Загрязнение радиоактивными и токсичными отходами
окружающей среды.

6. Изменение гидрологического режима рек гидроэлектро­
станциями и, как следствие, загрязнение на территории
водотока.

7. Создание электромагнитных полей вокруг линий электро­
передач.

8. Изменяется видовое разнообразие в районах размещения
объектов топливно-энергетического комплекса. ‘

9. Инициирование геологических процессов.

Топливно-энергетический комплекс поставляет в огромных количествах в окружающую среду оксид углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, углеводороды, сажу, тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, хлориды, сульфаты и др.

Как добиться того, чтобы постоянный рост энергопотребле­ния не сопровождался ростом отрицательных последствий энер­гетики, учитывая, что в ближайшее время человечество ощутит ограниченность ископаемого топлива? В качестве путей решения проблемы можно указать следующие.

1. Экономия энергии. Степень влияния прогресса на эконо­мию энергии можно продемонстрировать на примере паро­вых машин. Как известно, КПД паровых машин 100 лет назад составлял 3-5%, а сейчас достигает 40%. Развитие мировой экономики после энергетического кризиса 70-х го­дов также показало, что на этом пути у человечества есть значительные резервы. В период с 1975 по 1985 г. энерго­емкость валового национального продукта США снизилась на 71%, Франции — на 70%, Японии — на 78%. Однако общее потребление энергии продолжало расти. Примене­ние ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий обеспечило значительное сокращение потребления топлива и материалов в развитых странах.

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики

2. Развитие экологически более чистых видов производства энергии.

Решить проблему, вероятно, способно развитие альтернатив­ных видов энергетики, таких как солнечная и геотермальная энергетика, ветровая энергетика, использование энергии океанов и других видов энергии. /По принятой терминологии все виды энергии, в основе которой*лежит солнечная энергия, называются возобновимыми источниками энергии. В Европе 6% энергии от ее общего потребления производится на основе использования биомассы и гидроэнергии.

Основные технологии, использующие возобновляемые источ­ники энергии, приведены в табл. 21.2.

Приведенный в таблице перечень достаточно широк, его рас­смотрение показывает, что в перспективе возобновимые виды получения энергии могут потеснить методы получения энергии, основанные на ископаемых видах топлива. В большинстве стран мира запасы возобновимых видов энергии намного превышают запасы невозобновимых видов энергии. Например, в США оцен­ки запасов общего объема энергии возобновимых видов составля­ют около 600 000 млрд баррелей нефтяного эквивалента, а оценки запасов общего объема энергии невозобновимых видов составля­ют около 45 000 млрд баррелей нефтяного эквивалента. Более реальные оценки, проведенные с учетом ограничений, наклады­ваемых на использование геотермальной и ветровой энергетики, уменьшают это превосходство запасов возобновимых видов энер­гии, но перспективность запасов сохраняется.

Пока возобновимые источники дают не более 20% общеми­рового потребления энергии. Основной вклад в эти 20% дают использование биомассы и гидроэнергетика. По мере совершен­ствования технологий возрастает вклад солнечной и ветровой энергетики. При определении перспектив развития того или иного вида энергетики встает вопрос об оценке экологического риска. Под экологическим риском подразумевается вероятность неблагоприятных для человека и биоты последствий загрязнений среды. Экологический риск включает экономические, экологи­ческие, биологические, социальные, токсикологические аспекты.

Основная часть электроэнергии производится в настоящее время на тепловых электростанциях (ТЭС). В 1989 г. в СССР на ТЭС было произведено 65%, на ГЭС — 24%, на АЭС — 11% [120]. В 1997 г. в России доля разных источников в производ­ство электроэнергии была следующей: природный газ — 41,7%;


 


 

___________ Гл. 21 Экологические проблемы энергетики__________ 489

в десятки раз. В конечном счете, изменяется видовая структура экосистемы водоема — развитие сине-зеленых водорослей, изме­нение численности и видового состава планктона и рыбы На­пример, в заполярном озере Имандра, которое используется для охлаждения вод с Кольской АЭС, исчез холодолюбивый голец, но появилась теплолюбивая радужная форель. Известно много случаев, когда в водоемах охладителях средней полосы хоро­шо акклиматизируются рыбы теплолюбивых видов. Например, в водоеме-охладителе Березовской ТЭС акклиматизировались такие теплолюбивые виды, как пестрый толстолобик, буффало, а в водоеме охладителе Шахтинской ТЭС акклиматизировалась африканская рыба тиляпия. Иногда растительноядные теплолю­бивые виды «помогают» вести борьбу с зарастанием водоемов.

Испарительные градирни башенного типа, широко использу­емые на тепловых и атомных станциях, как оказалось, являются мощными источниками инфразвуковых шумов с частотами ме­нее 10 Гц. Излученные градирней инфразвуковые шумы слабо затухают и распространяются по акустическому каналу, сформи­рованному тепловым факелом градирни, на значительные рас­стояния. В этом состоит еще одно отрицательное воздействие ТЭС и АЭС на окружающую среду. Жители, попавшие в зону инфразвукового воздействия, могут испытывать изменения ар­териального давления и частоты сердечной деятельности.

Для тепловых электростанций характерно высокое радиаци­онное и токсичное загрязнение окружающей среды. Это обуслов­лено тем, что обычный уголь, его зола содержат микропримеси урана и ряда токсичных элементов (кадмий, кобальт, мышьяк и др.) в больших концентрациях, чем земная кора. При работе ТЭС радионуклиды и токсичные элементы поступают в атмосферу, почву, водоемы. Как следствие, радиационное загрязнение и за­грязнение токсичными элементами вокруг ТЭС, работающей на угле, выше фонового загрязнения в среднем в 10-100 раз.

Значительные территории вокруг ТЭС подвергаются дей­ствию кислотных дождей, золы, содержащей токсичные примеси. В зонах размещения ТЭС наблюдается хроническое угнетение растительности. Как следствие имеет место сокращение сельхоз­продукции, накопление токсичных элементов в растениях.

В РФ тепловые электростанции дают 90-95% общего поступ­ления выбросов в атмосферу от объектов энергетики твердых и жидких загрязнений, сернистого ангидрида, оксида азота. На­земные и водные экосистемы загрязняются, в основном, тепло­выми электростанциями.

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики

При строительстве крупных тепловых станций или их ком­плексов загрязнение окружающей среды еще более значительно. При этом могут возникать новые эффекты, например, обуслов­ленные превышением скорости сжигания кислорода над ско­ростью его образования за счет фотосинтеза земных растений на данной территории или вызванные увеличением концентрации углекислого газа в приземном слое.

Из ископаемых источников топлива наиболее перспективным является уголь — это обусловлено тем, что его запасы огромны по сравнению с запасами нефти и газа. Главнейшие мировые запасы угля сосредоточены в России, Китае и США. В настоящее время основное количество энергии вырабатывается на ТЭС за счет использования нефтепродуктов. Таким образом, структура запасов ископаемого топлива не соответствует структуре его современного использования для производства энергии. В пер­спективе переход на новую структуру потребления ископаемого топлива вызовет значительные экологические проблемы, матери­альные затраты и крупные изменения во всей промышленности Ряд развитых стран мира уже начал структурную перестройку энергетики. Например, для концепции развития производства электроэнергии США характерно увеличение вклада угля при сокращении вклада газа и нефти.

Основные достоинства гидроэлектростанций — низкая се­бестоимость вырабатываемой электроэнергии, быстрая окупае­мость (себестоимость примерно в 4 раза ниже, а окупаемость в 3-4 раза быстрее, чем на тепловых электростанциях), высокая маневренность, что очень важно в периоды пиковых нагрузок, возможность аккумуляции энергии. Даже при полном использо­вании потенциала всех рек Земли можно обеспечить не более чет­верти современных энергетических потребностей человечества. В России пока используется менее 20% гидроэнергетического по­тенциала. Однако более полное использование гидроэнергетиче­ского потенциала РФ связано со значительными экономически­ми затратами, так как реки, перспективные для использования, расположены в труднодоступных регионах. В развитых странах эффективность использования гидроресурсов в 2-3 раза выше, чем в России, так что здесь у России есть определенные резервы.

Сооружение ГЭС на равнинных реках приводит ко многим экологическим проблемам. Водохранилища, необходимые для обеспечения равномерной работы ГЭС, вызывают изменения климата на прилегающих территориях на расстояниях до сотен километров, являются естественными накопителями загрязне­ний, в том числе радиоактивных. Если реализовать некоторые

Гл 21 Экологические проблемы энергетики 491

проекты ликвидации водохранилищ, то возникнет не менее слож­ная задача утилизации загрязнений, которые были накоплены в водохранилищах за длительное время. В водохранилищах раз­виваются сине-зеленые водоросли, ускоряются процессы эфтро-фикации, что приводит к ухудшению качества воды, нарушается функционирование экосистем. При строительстве водохранилищ нарушаются естественные нерестилища, происходит затопление плодородных земель, изменяется уровень подземных вод. Более перспективным является сооружение ГЭС на горных реках. Это обусловлено более высоким гидроэнергетическим потенциалом горных рек по сравнению с равнинными реками. При сооружении водохранилищ в горных районах не изымаются из землепользо­вания большие площади плодородных земель. Гидроэлектростан­ции малой и средней мощности не получили широкого распро­странения, так как удельные капиталовложения в них гораздо выше, чем в ТЭС и крупные ГЭС и АЭС. Однако в последнее время, в связи с возникшими трудностями с завозом топлива в районы Крайнего Севера и другие труднодоступные регионы, возобновился интерес к строительству гидроэлектростанций ма­лой и средней мощности. В рамках федеральной целевой про­граммы «Топливо и энергия», подпрограммы «Энергообеспече­ние районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также мест проживания малочисленных народов Севера, Сиби­ри и Дальнего Востока за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива» начато строительство гидроэлектростанций мощностью от десят­ков Вт до десятков МВт. Десятки гидроэлектростанций малой мощности сооружены в последние пять лет на Сахалине, Кам­чатке, Крайнем Севере, Алтае, в ряде района Урала.

В ряде развитых стран высока доля электроэнергии, выра­батываемой на атомных электростанциях (АЭС). Так во Фран­ции доля энергии, вырабатываемой на атомных электростанци­ях, достигает 77% в энергообеспечении страны, в ФРГ — 34%. АЭС не вырабатывают углекислого газа, объем других загряз­нений атмосферы и земель по сравнению с ТЭС также мал. При нормальном режиме работы АЭС радиоактивное загрязнение в районах станций мало по сравнению с естественным фоном и не оказывает заметного влияния на дозы облучения населения и биоты. Количество радиоактивных веществ, образующихся в период эксплуатации АЭС, сравнительно невелико. Радиологи­ческое воздействие отходов может проявится спустя длитель­ное время и на ограниченной территории. В этом заключается

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики

важное преимущество АЭС перед тепловыми станциями, ток­сическое воздействие отходов которых проявляется сразу и на больших пространствах. В течение длительного времени АЭС представлялись как наиболее экологически чистый вид электро­станций и как перспективная замена ТЭС, оказывающих влияние на глобальное потепление. Однако процесс безопасной эксплу­атации АЭС еще не решен, не решена проблема захоронения радиоактивных отходов, например, долгоживущего С14 (период полураспада составляет 5 760 лет, и поэтому он может накап­ливаться в биосфере). Углерод является основой всех органиче­ских соединений, входит в состав молекул белков, ДНК. Входя в молекулы органических соединений, С14 является внутренним облучателем.

С другой стороны, замена основной массы ТЭС на АЭС для устранения их вклада в загрязнение атмосферы в масштабе планеты не осуществима из-за огромных экономических затрат.

За период существования ядерной энергетики произошло три крупных радиационных аварии: в 1957 г. в Великобритании (Уиндскейл), в 1979 г. в США (Три-Майл-Айленд), в 1986 г. на Чернобыльской АЭС. По площади загрязнения и величине вы­брошенной активности Чернобыльская авария является наиболее тяжелой. В результате аварии радиоактивному загрязнению под­верглась территория не только СССР, но и других стран Европы, пострадавшим регионам нанесен значительный экономический ущерб. Чернобыльская катастрофа привела к коренному изме­нению отношения населения к АЭС, прежде всего в регионах размещения станций или их возможного строительства. В ряде стран возникла проблема социальной преемственности ядерной энергетики. Психологический стресс, связанный с проживанием на загрязненных территориях, переселением пострадавшего на­селения, сохранится в течение длительного времени. Поэтому перспектива развития атомной энергетики в ближайшие годы неясна.

Ограниченные возможности атомной энергетики и гидро­энергетики, ограниченность запасов ископаемого топлива (и в перспективе — исчерпание), необходимого для работы тепловых электростанций, их мощное тепловое воздействие на атмосферу заставляют более внимательно рассмотреть нетрадиционные ис­точники получения энергии.

Некоторые страны уже достигли значительных успехов в об­ласти использования нетрадиционных методов получения энер­гии. Например, Индия занимает 3-е место в мире по суммарной

Гл. 21. Эколо?ические проблемы энергетики 493

мощности ветровых электростанций. В районах Гималаев широ­ко развернуто строительство малых ГЭС. суммарная мощность которых уже превысила 160 МВт. В деревенских общинах Индии строятся биогазовые установки, солнечные плиты, применение которых значительно сокращает поступление продуктов сгора­ния в атмосферу. Ветродвигатели на трех перевалах в Кали­форнии (Алтамонт, Техачапи, Сан-Горгонио) имеют суммарную мощность 1 500 МВт. Ветровые установки Дании дают более 5% всей вырабатываемой в стране энергии, причем стоимость элек­троэнергии, полученной на ветроэнергетических установках, уже ниже стоимости энергии, полученной на АЭС и ТЭС.

В России реализуется комплексная программа освоения нетрадиционных источников энергии. Программа была разра­ботана на 1991-2005 гг., она предусматривала доведение доли нетрадиционных источников энергии к 2000 г. до 0,8% объема внутреннего энергопотребления. Государственная научно-техни­ческая программа «Экологически чистая энергетика» определяет направление и темпы развития фотоэлектрических преобразо­вателей. Конкретные вопросы развития нетрадиционных видов энергетики решаются в рамках федеральной целевой программы «Топливо и энергия», подпрограммы «Энергообеспечение районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также мест проживания малочисленных народов Севера, Сибири и Дальнего Востока за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива». В России около 45% жилищ отапливается печами. В настоящее время в РФ около 70% территории с населением 10 млн человек относится к зоне децентрализованного энергоснабжения. Вы­работка электроэнергии в таких регионах производится, в основном, на бензиновых и дизельных генераторах малой мощности. Резкий рост стоимости привозного органического топлива делает удаленные районы Крайнего Севера и Дальнего Востока РФ перспективными для развития нетрадиционных источников энергии.

Солнечная энергетика

Мощность солнечной радиации, поглощенной атмосферой и земной поверхностью, составляет 105 ТВт (1017 Вт). Эта вели­чина кажется огромной по сравнению с современным мировым энергопотреблением, равным 10 ТВт. Велики и другие потоки энергии у поверхности Земли. Так перенос тепла атмосферой


 

Гл 21. Экологические проблемы энергетики 495

преобразователь представляет собой полупроводниковый диод большой площади. Эффективность поглощения света зависит от материала и толщины элемента Например, аморфный кремний поглощает в 50 раз эффективнее, чем кристаллический. Эффективность работы полупроводниковых преобразователей сильно зависит от чистоты материала. Чистота кремния должна составлять 99,99%, для обеспечения ее необходимы сложная технология и значительные затраты. Эффективность работы преобразователя также зависит от спектральной чувствитель­ности материала. Элементы на кристаллическом кремнии обла­дают чувствительностью в ультрафиолетовой части, видимой и в ближней инфракрасной областях солнечного спектра. Тео­ретически КПД преобразователя на кристаллическом кремнии достигает 28%.

Как уже говорилось, низкая плотность солнечного излучения является одним из препятствий его широкого использования. Для устранения этого недостатка при конструировании фото­электрических преобразователей используются различного рода концентраторы излучения. Для компенсации периодичности по­ступления солнечной энергии фотоэлектрические системы целе­сообразно включать в гибридные станции. На таких станциях в период плохих погодных условий выработка энергии может про­водиться за счет традиционных систем. Главные преимущества фотоэлектрических установок заключаются в следующем. Они не имеют движущихся частей, их конструкция очень проста, про­изводство технологично. Солнечные батареи собираются из од­нотипных модулей. Важным преимуществом фотоэлектрических преобразователей является устойчивая тенденция снижения их стоимости. В начале 90-х гг. в мире существовало около 20 круп­ных солнечных электростанций мощностью до 7 МВт, исполь­зующих фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии.

К недостаткам фотоэлектрических преобразователей можно отнести разрушение полупроводникового материала от времени, зависимость эффективности работы системы от ее запыленно­сти, необходимость разработки сложных методов очистки бата­рей от загрязнения. Все это ограничивает срок службы фото­электрических преобразователей.

Гибридные станции, состоящие из фотоэлектрических преоб­разователей и дизельных генераторов, уже широко используются для электроснабжения на территориях, где нет распределитель­ных электрических сетей. Например, система такого типа обес­печивает электроэнергией жителей Кокосового острова, распо­ложенного в Торресовом проливе.


 

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики 497

— тепловой аккумулятор, который обеспечивает смягчение
зависимости от суточной изменчивости и погодных усло­
вий;

— теплообменники, образующие нагревательный и охлади­
тельный источники тепловой машины.

Системы улавливания солнечной радиации, в зависимости от конструкции, обеспечивают разные степени концентрации. Малая степень концентрации (до 100) получается при исполь­зовании, например, параболических отражателей, ось которых перпендикулярна плоскости движения Солнца. Средняя степень концентрации (до 1000) может быть обеспечена применением фокусирующих гелиостатов, управляемых по двум степеням сво­боды. Примером такого гелиостата является зеркало в форме параболоида вращения, ось которого ориентируется на Солн­це. Высокая степень концентрации (более 1000) осуществляет­ся оптической системой, состоящей из плоских гелиостатов и параболоидного отражателя. Система аккумуляции позволяет смягчить влияние изменчивости погодных условий и суточной изменчивости. Аккумулирование может быть кратковременным для предотвращения колебаний тепловой нагрузки из-за облач­ности, суточным — для выработки электроэнергии в темное вре­мя суток и сезонным — для обеспечения энергией потребителей в неблагоприятные сезоны. Аккумуляция энергии, как правило, осуществляется за счет накопления тепла. Низкотемпературные системы аккумуляции (до 100°С), в частности водяные, широко применяются для отопления зданий и горячего водоснабжения. В низкотемпературных системах используются также фазовые переходы и обратимые реакции гидратации и сольватации солей и кислот. Для среднетемпературного аккумулирования (от 100 до 550 °С) используются гидраты оксидов щелочно-земельных металлов. Высокотемпературное аккумулирование (температура выше 550 °С) осуществляется с помощью обратимых экзоэндо-термических реакций.

Тип термодинамического цикла и рабочего тела определяется областью рабочих температур теплового двигателя.

В настоящее время идеи термодинамического преобразования реализуются в схемах двух типов: гелиостаты башенного типа и станции с распределенным приемником энергии.

На гелиостанции башенного типа энергия от каждого ге­лиостата передается оптическим способом. Управление гелиоста­тами осуществляет ЭВМ. До 80% стоимости станции составля­ет стоимость гелиостатов. Система сбора и передачи энергии в


 

Гл 21 Экологические проблемы энергетики 499

солнечные станции на околоземной орбите. Конструкторы пред­полагают разместить на геосинхронной орбите солнечные бата­реи большой мощности. Размещение станции на геосинхронной орбите обеспечивает расположение станции над определенным пунктом Земли. Энергия на земную поверхность передается в форме высокочастотного электромагнитного излучения. Плот­ность солнечного излучения на геосинхронной орбите оказыва­ется выше, чем на Земле. Соответствующий выбор положения плоскости орбиты обеспечивает почти круглогодичное поступле­ние солнечной энергии на батареи станции Не возникает про­блемы очистки панелей станции и нарушения землепользования, теплового загрязнения.

Биоконверсия солнечной энергии

Биомасса, как источник энергии, используется с древнейших времен. В процессе фотосинтеза солнечная энергия запасается в виде химической энергии в зеленой массе растений. Запасенная в биомассе энергия может быть использована в виде пищи челове­ком или животными или для получения энергии в быту и произ­водстве. В настоящее время до 15% энергии в мире производится из биомассы Из одной тонны древесных опилок современные технологии позволяют получить 700 кг жидкого топлива, а в России находится 20% лесных ресурсов планеты.

Самый древний, и еще широко применяемый, способ получе­ния энергии из биомассы заключается в ее сжигании. В сельской местности до 85% энергии получают этим способом. Как топливо, биомасса имеет ряд преимуществ перед ископаемым топливом. При сжигании биомассы выделяется в 10-20 раз меньше серы и в 3-5 раз меньше золы, чем при сжигании угля. Количество углекислого газа, выделившегося при сжигании биомассы, равно количеству углекислого газа, затраченного в процессе фотосин­теза. Таким образом обеспечивается нулевой баланс эмиссии ок­сида углерода.

Энергию биомассы можно получать из специальных сель­скохозяйственных культур. Например, в субтропическом поясе России предлагается выращивать карликовые породы быстро­растущего вида папайи. С одного гектара за 6 месяцев на опыт­ных участках получают более 5 т биомассы по сухому весу, которую можно использовать для получения биогаза. Биомассу можно также использовать для получения биологически актив­ных пищевых и кормовых добавок. К перспективным видам относятся быстрорастущие деревья, растения, богатые углево­дами, которые применяются для получения этилового спирта.

Гл 21 Экологические проблемы энергетики

Для производства этилового спирта наиболее широко исполь­зуется сахарный тростник. В Бразилии чистый этанол и смесь этанола с бензином являются широко распространенным видом топлива. Такое биотопливо легко хранить и транспортировать, оно обладает высокой теплотворной способностью, более полно сгорает в двигателе. При сгорании такого топлива атмосфе­ра загрязняется гораздо меньше, чем при сжигании обычного топлива. Бразилия, приступившая к использованию этанола в качестве автомобильного топлива в 70-е гг., обладает лучшей в мире технологией его производства. К числу перспективных методов биоконверсии относится способ получения моторного топлива (метилового эфира) из семян рапса. Моторное топливо на основе рапса, обладая характеристиками, близкими к дизель­ному топливу, практически не дает выбросов вредных веществ. В Чехии производится около 1 млн т биодизельного топлива в год. В США разработан способ производства спирта из кукурузы, в Италии ведутся работы над разработкой способа рентабельного производства спирта из сорго. Около 200 автобусов в Стокгольме уже работают на спирте.

Широко распространенный способ получения энергии из био­массы заключается в получении биогаза путем анаэробного пе-ребраживания. Такой газ содержит около 70% метана. Биомета-ногенез был открыт еще в 1776 г. Вольтой, который обнаружил метан в болотном газе. Биогаз позволяет использовать газовые турбины, являющиеся самыми современными средствами теп­лоэнергетики. Для производства биогаза используются органи­ческие отходы сельского хозяйства и промышленности. Это на­правление является одним из перспективных и многообещающих способов решения проблемы энергообеспечения сельских райо­нов. Например, из 300 т сухого вещества навоза, превращенного в биогаз, выход энергии составляет около 30 т нефтяного экви­валента. Более перспективным является термохимическое преоб­разование биомассы, в котором синтетический газ получается в процессе сжигания биомассы при температуре 800-15 000 °С. Га­зотурбинные электростанции с установками газификации имеют КПД 40-45%.

В Индии, Китае эксплуатируются несколько десятков милли­онов установок для производства биогаза в сельской местности.

Биомассу для последующего получения биогаза можно вы­ращивать в водной среде, культивируя водоросли и микроводо­росли.


 


 

Гл 21 Экологические проблемы энергетики 503

сравнительно низкая плотность, сильная изменчивость во вре­мени и высокая стоимость волновых энергетических установок.

В настоящее время накоплен значительный объем инстру­ментальных измерений ветрового волнения в Мировом океане. На основе этих данных волновая климатология определяет рай­оны с наиболее интенсивным и постоянным волнением. Потери волновой энергии за счет прибоя для земного шара оцениваются в 2 ■ 109 кВт. Общая длина береговой линии равна 200000 км, т. е. в среднем на метр береговой линии приходится 10 кВт. Однако существуют районы побережья, в которых средняя волновая мощность значительно выше. Они постоянно подвергаются воз­действию океанских волн, длиной 50-200 м, высотой более 2-5 м. Образование этих волн не обязательно связано с действием мест­ных ветров. Волны, возникшие в одной части океана, способны проходить огромные расстояния в сотни и тысячи миль, так как они слабо затухают в глубоком океане. Согласно некоторым оцен­кам среднегодовая мощность волн, приходящаяся на каждый метр западного побережья Великобритании, достигает 80 кВт, а полная волновая мощность побережья равна 120 ГВт, что примерно в 5 раз превышает современные потребности электро­энергии в стране. На многих участках шельфовой зоны США и Японии плотность волновой энергии составляет около 40 кВт/м.

В большинстве преобразователей волновой энергии исполь­зуют двухступенчатую схему преобразования, на первом этапе осуществляется передача энергии от волны к телу-поглотителю и решается задача концентрирования волновой энергии. На вто­ром этапе поглощенная энергия преобразуется в вид, удобный для потребления. Существует три основных типа проектов по извлечению волновой энергии. В первом используется метод по­вышения концентрации волновой энергии и превращения ее в потенциальную энергию воды. Во втором — тело с несколькими степенями свободы находится у поверхности воды. Волновые силы, действующие на тело, передают ему часть волновой энер­гии. Основным недостатком такого проекта является уязвимость тела, находящегося под действием волн. В третьем типе проектов система, поглощающая волновую энергию, находится под водой. Передача волновой энергии приемному устройству происходит под действием волнового давления или скорости. Более общей классификацией волновых преобразователей является их деле­ние на активные и пассивные. К активным типам преобразо­вателей волновой энергии относятся преобразователи, имеющие


 


 


 

Гл. 21 Экологические проблемы энергетики

имени ее изобретателя. В Англии, где был предложен целый ряд усовершенствований установки, она называется осциллирующим водным столбом. Устройства подобного типа уже широко исполь­зуются для энергообеспечения автономных буйковых станций.

Сила, с которой волны воздействуют на сооружения в бе­реговой зоне, достигает нескольких тонн на квадратный метр. Это силовое воздействие тоже может быть использовано для преобразования волновой энергии. Представим себе буй с основа­нием в виде трапеции, заякоренный в прибрежной зоне. Широкая сторона трапеции обращена в сторону океана — это позволяет концентрировать волновую энергию. Эта сторона буя открыта для волн. Внутри буй разделен на секции, которые заверша­ются цилиндрами с поршнями. Волны, воздействуя на поршни, приводят в движение воздух, который в свою очередь движет воздушную турбину. При размере основания в 350 м и высоте буя в 20 м мощность составит около 100 МВт.

Преобразователи волновой энергии, в которых имеется значи­тельное число подвижных частей, чувствительны к воздействию морской воды и нерегулярных силовых нагрузок. Поэтому пред­почтение отдается системам с минимальным числом движущих­ся частей.

Параллельность берегу гребней волн в прибрежной зоне, обусловленная явлением рефракции, используется в следующем типе преобразователя волновой энергии. Цилиндр положитель­ной плавучести полностью погружается в воду. Ось цилиндра параллельна гребню падающей волны. На заданной глубине ци­линдр удерживается при помощи четырех тросов, обладающих нейтральной плавучестью. К концам тросов крепится пружин­ная нагрузка. Такая система крепления позволяет перемещаться цилиндру в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Если гребень падающей волны параллелен оси цилиндра, то цилиндр будет совершать движение, подобное тому, которое совершают частицы воды в волне. Расположение дополнительных цилин­дров с другими параметрами позволяет расширить диапазон длин волн, в котором происходит эффективное поглощение вол­новой энергии. Полное заглубление цилиндров повышает эксплу­атационную надежность системы по сравнению со схемами, в которых движущиеся части расположены на поверхности воды.

В качестве перспективных типов преобразователей волновой энергии в последнее время рассматриваются индукционно-ем-костные преобразователи волновой энергии. В преобразователях такого типа одной обкладкой конденсатора является волновая

Гл 21 Экологические проблемы энергетики

poznayka.org

Проблемы современной энергетики. Доступность энергоресурсов является ключевым фактором.

В течение следующих десятилетий ожидается значительное увеличение энергопотребления, связанное с развитием экономики и приростом населения. Это приведет к росту давления на систему энергоснабжения и потребует повышенного внимания к эффективности использования энергии. Это проблемы современной энергетики, которые надо решать прямо сейчас. Доступность энергоресурсов является ключевым фактором для развития экономики и способствует улучшению качества жизни. Как правило, в основе прогнозов энергопотребления лежат такие факторы, как рост мировых экономик и увеличение численности населения, которые выступают в качестве основной движущей силы непрерывного роста энергопотребления. Эти достижения обеспечили возможность роста экономической активности опережающими темпами по отношению к росту энергопотребления.

Например, несмотря на то, что количество автомобилей в Китае за 2000¬2006 гг. увеличилось более чем в 2 раза, один автомобиль там приходится на 40 человек, в то время как в США данный показатель равен одному автомобилю на двух человек. Исходя из этого, можно с уверенностью прогнозировать дальнейший стремительный рост продаж автомобилей и объемов потребления топлива в Китае. Ускоряющиеся темпы потребления в сочетании с большой численностью населения, которая продолжает расти, позволяют сделать вывод о том, что новая волна роста энергопотребления в значительной степени придется на развивающиеся страны.
Человек только начинает осознавать ограниченность ископаемых ресурсов, в условиях необходимости рационального их использования. Нефти с 1960 по 1970 год было израсходовано столько же, сколько за предыдущие 100 лет. К 2030 году доля нефти как энергоносителя сократится до 16 %. Между тем из разведанных и эксплуатируемых скважин извлекалось до недавнего времени всего 30 % нефти. Уголь может снова стать важнейшим источником энергии. Другой альтернативой всё чаще называется — атомная энергия.
Плодами эк

alternativenergy.ru

Проблемы энергетики — страница 6

Некоторые пути решения проблем современной энергетики


Несомненно, что в ближайшей перспективе тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов. В их числе можно назвать следующие.

1. Использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель — сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов.

2. Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания. ‘ 3. Большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности для России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других устройств.

4. Не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше.

Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду, что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на АЭС — не менее 70% энергии. Энергия теряется также при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло.

5. Заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объекты получения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

Альтернативные источники получения энергии


Основные современные источники получения энергии (особенно ископаемое топливо) можно рассматривать в качестве средства решения энергетических проблем на ближайшую перспективу. Это связано с их исчерпанием и неизбежным загрязнением среды. В этой связи важно познакомиться с возможностями использования новых источников энергии, которые позволили бы заменить существующие. К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников.

Солнце как источник тепловой энергии


Это практически неисчерпаемый источник энергии. Ее можно использовать прямо (посредством улавливания техническими устройствами) или опосредствованно через продукты фотосинтеза, круговорот воды, движение воздушных масс и другие процессы, которые обусловливаются солнечными явлениями.

Использование солнечного тепла — наиболее простой и дешевый путь решения отдельных энергетических проблем. Подсчитано, что в США для обогрева помещений и горячего водоснабжения расходуется около 25% производимой в стране энергии. В северных странах, в том числе и в России, эта доля заметно выше. Между тем значительная доля тепла, необходимого для этих целей, может быть получена посредством улавливания энергии солнечных лучей. Эти возможности тем значительнее, чем больше прямой солнечной радиации поступает на поверхность земли.

Наиболее распространено улавливание солнечной энергии посредством различного вида коллекторов. В простейшем виде это темного цвета поверхности для улавливания тепла и приспособления для его накопления и удержания. Оба блока могут представлять единое целое. Коллекторы помещаются в прозрачную камеру, которая действует по принципу парника. Имеются также устройства для уменьшения рассеивания энергии (хорошая изоляция) и ее отведения, например, потоками воздуха или воды.

Еще более просты нагревательные системы пассивного типа. Циркуляция теплоносителей здесь осуществляется в результате конвекционных токов: нагретый воздух или вода поднимаются вверх, а их место занимают более охлажденные теплоносители. Примером такой системы может служить помещение с обширными окнами, обращенными к солнцу, и хорошими изоляционными свойствами материалов, способными длительно удерживать тепло. Для уменьшения перегрева днем и теплоотдачи ночью используются шторы, жалюзи, козырьки и другие защитные приспособления. В данном случае проблема наиболее рационального использования солнечной энергии решается через правильное проектирование зданий. Некоторое удорожание строительства перекрывается эффектом использования дешевой и идеально чистой энергии.

Согласно Б. Небелу (1993), в США (например, в Калифорнии) имеются строения, которые даже при пассивном типе аккумуляции солнечных лучей позволяют экономить до 75% расходов на энергию, при дополнительных строительных затратах только в 5-10%.

На Кипре в 90% коттеджей, многих отелях и многоквартирных домах проблемы теплообеспечения и горячего водоснабжения решаются за счет солнечных водонагревателей. В Израиле доля жилищ, обеспечивающихся солнечной энергией, близка к 65%. В других странах целенаправленное использование солнечной энергии пока не велико, но интенсивно увеличивается производство различного рода солнечных коллекторов. В США сейчас действуют тысячи подобных систем, хотя обеспечивают они пока только 0,5% горячего водоснабжения.

Очень простые устройства используют иногда в парниках или других сооружениях. Для большего накопления тепла в солнечное время суток в таких помещениях размещают материал с большой поверхностью и хорошей теплоемкостью. Это могут быть камни, крупный песок, вода, щебенка, металл и т. п. Днем они накапливают тепло, а ночью постепенно отдают его. Такие устройства широко используются в тепличных хозяйствах юга России, в Казахстане, Средней Азии и других солнцеобильных районах.

Солнце как источник электрической энергии


Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрический ток безо всяких дополнительных устройств. Хотя КПД таких устройств невелик, но они выгодны медленной изнашиваемостью вследствие отсутствия каких-либо подвижных частей. Основные трудности применения фотоэлементов связаны с их дороговизной и занятием больших территорий для размещения. Проблема в какой-то мере решаема за счет замены металлических фотопреобразователей энергии эластичными синтетическими, использования крыш и стен домов для размещения батарей, выноса преобразователей в космическое пространство и т. п.

В тех случаях, когда требуется получение небольшого количества энергии, использование фотоэлементов уже в настоящее время экономически целесообразно. Б. Небел в качестве примеров такого использования называет калькуляторы, телефоны, телевизоры, кондиционеры, маяки, буи, небольшие оросительные системы и т. п.

В странах с большим количеством солнечной радиации имеются проекты полной электрификации отдельных отраслей хозяйства, например сельского, за счет солнечной энергии. Получаемая таким путем энергия, особенно с учетом ее высокой экологичности, по стоимости оказывается более выгодной, чем энергия, получаемая традиционными методами.

Солнечные станции подкупают также возможностью быстрого ввода в строй и наращивания их мощности в процессе эксплуатации простым присоединением дополнительных батарей-солнцеприемников. В Калифорнии построена гелиостанция, мощность которой достаточна для обеспечения электроэнергией 2400 домов.

Второй путь преобразования солнечной энергии в электрическую связан с превращением воды в пар, который приводит в движение турбогенераторы. В этих случаях для энергонакопления наиболее часто используются энергобашни с большим количеством линз, концентрирующих солнечные лучи, а также специальные солнечные пруды. Сущность последних заключается в том, что они состоят из двух слоев воды: нижнего с высокой концентрацией солей и верхнего, представленного прозрачной пресной водой. Роль материала, накапливающего энергию, выполняет солевой раствор. Нагретая вода используется для обогрева или превращения в пар жидкостей, кипящих при невысоких температурах.

Солнечная энергия в ряде случаев перспективна также для получения из воды водорода, который называют «топливом будущего». Разложение воды и высвобождение водорода осуществляется в процессе пропускания между электродами электрического тока, полученного на гелеустановках. Недостатки таких установок пока связаны с невысоким КПД (энергия, содержащаяся в водороде, лишь на 20% превышает ту, которая затрачена на электролиз воды) и высокой воспламеняемостью водорода, а также его диффузией через емкости для хранения.

Использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу


В биомассе концентрируется ежегодно меньше 1% потока солнечной энергии. Однако эта энергия существенно превышает ту, которую получает человек из различных источников в настоящее время и будет получать в будущем.

Самый простой путь использования энергии фотосинтеза — прямое сжигание биомассы. В отдельных странах, не вступивших на путь промышленного развития, такой метод является основным. I Более оправданной, однако, является переработка биомассы в другие виды топлива, например в биогаз или этиловый спирт. Первый является результатом анаэробного (без доступа кислорода), а второй аэробного (в кислородной среде) брожения.

Имеются данные, что молочная ферма на 2 тысячи голов способна за счет использования отходов обеспечить биогазом не только само хозяйство, но и приносить ощутимый доход от реализации получаемой энергии. Большие энергетические ресурсы сконцентрированы также в канализационном иле, мусоре и других органических отходах.

Спирт, получаемый из биоресурсов, все более широко используют в двигателях внутреннего сгорания. Так, Бразилия с 70-х годов значительную часть автотранспорта перевела на спиртовое горючее или на смесь спирта с бензином — бензоспирт. Опыт использования спирта как энергоносителя имеется в США и других странах.

Для получения спирта используется разное органическое сырье. В Бразилии это в основном сахарный тростник, в США — кукуруза. В других странах — различные зерновые культуры, картофель, древесная масса. Ограничивающими факторами для использования спирта в качестве энергоносителя являются недостаток земель для получения органической массы и загрязнение среды при производстве спирта (сжигание ископаемого топлива), а также значительная дороговизна (он примерно в 2 раза дороже бензина).

Для России, где большое количество древесины, особенно лиственных видов (береза, осина), практически не используется (не вырубается или оставляется на лесосеках), весьма перспективным является получение спирта из этой биомассы по технологиям, в основе которых лежит гидролиз. Большие резервы для получения спиртового горючего имеются также на базе отходов лесопильных и деревообрабатывающих предприятий.

В последнее время в литературе появились термины «энергетические культуры», «энергетический лес». Под ними понимаются фитоценозы, выращиваемые для переработки их биомассы в газ или жидкое горючее. Под «энергетические леса» обычно отводятся земли, на которых по интенсивным технологиям за короткие сроки (5-10 лет) выращивается и снимается урожай быстрорастущих видов деревьев (тополя, эвкалипты и др.).

В целом же биотопливо можно рассматривать как существенный фактор решения энергетических проблем если не в настоящее время, то в будущем. Основное преимущество этого ресурса — его постоянная и быстрая возобновимость, а при грамотном использовании и неистощимость.

Ветер как источник энергии


Ветер, как и движущаяся вода, являются наиболее древними источниками энергии. В течение нескольких столетий эти источники использовались как механические на мельницах, пилорамах, в системах подачи воды к местам потребления и т. п. Они же использовались и для получения электрической энергии, хотя доля ветра в этом отношении оставалась крайне незначительной.

Интерес к использованию ветра для получения электроэнергии оживился в последние годы. К настоящему времени испытаны ветродвигатели различной мощности, вплоть до гигантских. Сделаны выводы, что в районах с интенсивным движением воздуха ветроустановки вполне могут обеспечивать энергией местные потребности. Оправдано использование ветротурбин для обслуживания отдельных объектов (жилых домов, неэнергоемких производств и т. п.). Вместе с тем стало очевидным, что гигантские ветроустановки пока не оправдывают себя вследствие дороговизны сооружений, сильных вибраций, шумов, быстрого выхода из строя. Более экономичны комплексы из небольших ветротурбин, объединяемых в одну систему.

В США сооружена ветроэлектростанция на базе объединения большого числа мелких ветротурбин мощностью около 1500 МВт (примерно 1,5 АЭС). Широко ведутся работы по использованию энергии ветра в Канаде, Нидерландах, Дании, Швеции, Германии и других странах. Кроме неисчерпаемости ресурса и высокой экологичности производства, к достоинствам ветротурбин относится невысокая стоимость получаемой на них энергии. Она здесь в 2-3 раза ниже, чем на ТЭС и АЭС.

Возможности использования нетрадиционных гидроресурсов


Гидроресурсы продолжают оставаться важным потенциальным источником энергии при условии использования более экологичных, чем современные, методов ее получения. Например, \ крайне недостаточно используются энергетические ресурсы сред-; них и малых рек (длина от 10 до 200 км). Только в России таких рек имеется более 150 тысяч. В прошлом именно малые и средние реки являлись важнейшим источником получения энергии. Не-,; большие плотины на реках не столько нарушают, сколько оптимизируют гидрологический режим рек и прилежащих территорий. Их /можно рассматривать как пример экологически обусловленного природопользования, мягкого вмешательства в природные процессы. Водохранилища, создававшиеся на малых реках, обычно не выходили за пределы русел. Такие водохранилища гасят колебания воды в реках и стабилизируют уровни грунтовых вод под прилежащими пойменными землями. Это благоприятно сказывается на продуктивности и устойчивости как водных, так и пойменных

экосистем.

Имеются расчеты, что на мелких и средних реках можно получать не меньше энергии, чем ее получают на современных крупных ГЭС. В настоящее время имеются турбины, позволяющие получать энергию, используя естественное течение рек, без строительства , плотин. Такие турбины легко монтируются на реках и при необходимости перемещаются в другие места. Хотя стоимость получаемой на таких установках энергии заметно выше, чем на крупных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесообразным ее получение.

Энергетические ресурсы морских, океанических и термальных вод


Большими энергетическими ресурсами обладают водные массы морей и океанов. К ним относится энергия приливов и отливов, морских течений, а также градиентов температур на различных глубинах. В настоящее время эта энергия используется в крайне незначительном количестве из-за высокой стоимости получения. Это, однако, не означает, что и в дальнейшем ее доля в энергобалансе не будет повышаться.

В мире пока действуют две-три приливно-отливные электростанции. В России возможности приливно-отливной энергии значительны на Белом море. Однако, кроме высокой стоимости энергии, электростанции такого типа нельзя отнести к высокоэкологичным. При их строительстве плотинами перекрываются заливы, что резко изменяет экологические факторы и условия обитания организмов.

В океанических водах для получения энергии можно использовать разности температур на различных глубинах. В теплых течениях, например в Гольфстриме, они достигают 20°С. В основе принципа лежит применение жидкостей, кипящих и конденсирующихся при небольших разностях температур. Теплая вода поверхностных слоев используется для превращения жидкости в пар, который вращает турбину, холодные глубинные массы — для конденсации пара в жидкость. Трудности связаны с громоздкостью сооружений и их дороговизной. Установки такого типа находятся пока на стадии испытаний (например, в США).

Несравнимо более реальны возможности использования геотермальных ресурсов. В данном случае источником тепла являются разогретые воды, содержащиеся в недрах земли. В отдельных районах такие воды изливаются на поверхность в виде гейзеров (например, на Камчатке)! Геотермальная энергия может использоваться как в виде тепловой, так и для получения электричества.

Ведутся также опыты по использованию тепла, содержащегося в твердых структурах земной коры. Такое тепло из недр извлекается посредством закачки воды, которую затем используют так же, как и другие термальные воды.

Уже в настоящее время отдельные города или предприятия обеспечиваются энергией геотермальных вод. Это, в частности, относится к столице Исландии — Рейкьявику. В начале 80-х годов в мире производилось на геотермальных электростанциях около 5000 МВт электроэнергии (примерно 5 АЭС). В России значительные ресурсы геотермальных вод имеются на Камчатке, но используются они пока в небольшом объеме. В бывшем СССР за счет этого вида ресурсов производилось только около 20 МВт электроэнергии.

Термоядерная энергия


Современная атомная энергетика базируется на расщеплении ядер атомов на два более легких с выделением энергии пропорционально потере массы. Источником энергии и продуктами распада при этом являются радиоактивные элементы. С ними связаны основные экологические проблемы ядерной энергетики.

Еще большее количество энергии выделяется в процессе ядерного синтеза, при котором два ядра сливаются в одно более тяжелое, но также с потерей массы и выделением энергии. Исходными элементами для синтеза является водород, конечным — гелий. Оба элемента не оказывают отрицательного влияния на среду и практически неисчерпаемы.

Результатом ядерного синтеза является энергия солнца. Человеком этот процесс смоделирован при взрывах водородных бомб. Задача состоит в том, чтобы ядерный синтез сделать управляемым, а его энергию использовать целенаправленно. Основная трудность заключается в том, что ядерный синтез возможен при очень высоких давлениях и температурах около 100 млн. °С. Отсутствуют материалы, из которых можно изготовить реакторы для осуществления сверхвысокотемпературных (термоядерных) реакций. Любой материал при этом плавится и испаряется.

Ученые пошли по пути поиска возможностей осуществления реакций в среде, не способной к испарению. Для этого в настоящее время испытываются два пути. Один из них основан на удержании водорода в сильном магнитном поле. Установка такого типа получила название ТОКАМАК (Тороидальная камера с магнитным полем). Такая камера разработана в институте им. Курчатова. Второй путь предусматривает использование лазерных лучей, за счет которых обеспечивается получение нужной температуры и в места концентрации которых подается водород.

Несмотря на некоторые положительные результаты по осуществлению управляемого ядерного синтеза, высказываются мнения, что в ближайшей перспективе он вряд ли будет использован для решения энергетических и экологических проблем. Это связано с нерешенностью многих вопросов и с необходимостью колоссальных затрат на дальнейшие экспериментальные, а тем более промышленные разработки.

Заключение


В заключение можно сделать вывод, что современный уровень знаний, а также имеющиеся и находящиеся в стадии разработок технологии дают основание для оптимистических прогнозов: человечеству не грозит тупиковая ситуация ни в отношении исчерпания энергетических ресурсов, ни в плане порождаемых энергетикой экологических проблем. Есть реальные возможности для перехода на альтернативные источники энергии (неисчерпаемые и экологически чистые). С этих позиций современные методы получения энергии можно рассматривать как своего рода переходные. Вопрос заключается в том, какова продолжительность этого переходного периода и какие имеются возможности для его сокращения.

Литература:


1.      Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы : Учеб. для с.-х. учеб. заведений. — М.: Агропромиздат, 1995.

2.      Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей.-М.:Агар, 1999.

3.      Корнеева А.И. Общество и окружающая среда. — М.: Мысль, 1995.

4.      Миллер Тайлер. Жизнь в окружающей среде. Перевод Алексеевой Б.А. под редакцией Г.А. Ягодина. Москва: Прогресс. Пангея, 1993.

5.      Человек и экология : Сборник / Ред. Н. Филипповский. — М.: Знание, 1990.

coolreferat.com