Глобальная энергетическая проблема

 В  конечном  счете,  перекрытые  водохранилищами  речные   системы   изтранзитных превращаются в транзитноаккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь  аккумулируются  тяжелые  металлы,  радиоактивные  элементы  и  многие ядохимикаты  с  длительным  периодом  жизни.  Продукты  аккумуляции   делают проблематичным    возможность    использования    территорий,     занимаемых водохранилищами, после их  ликвидации.  Имеются  данные,  что  в  результате заиления равнинные водохранилища теряют  свою  ценность  как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Например,  подсчитано,  что большая  Асуанская  плотина,  построенная на  Ниле  в 60-е   годы,   будет наполовину заилена уже к 2025  году.  Несмотря  на  относительную  дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом  балансе постепенно уменьшается. Это  связано  как  с исчерпанием наиболее  дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью  равнинных  водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на  ГЭС  не  будет превышать 5% от общей.

 Водохранилища  оказывают   заметное  влияние  на  атмосферные  процессы. Например,  в  засушливых  (аридных)   районах,   испарение   с   поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши  в  десятки раз.  С  повышенным  испарением  связано  понижение   температуры   воздуха, увеличение туманных  явлений.  Различие  тепловых  балансов  водохранилищ  и прилегающей суши обусловливает  формирование местных ветров  типа  бризов. Эти, а также другие явления имеют  следствием  смену экосистем (не  всегда положительную),  изменение  погоды.  В  ряде случаев в зоне  водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных  частях мира некоторые  теплолюбивые  культуры  (бахчевые)  не  успевают  вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции. Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных  районах,где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах  водохранилища  могут  провоцировать землетрясения.   Увеличивается вероятность  оползневых  явлений  и  вероятность  катастроф   в   результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960  г.  в Индии (штат  Гунжарат)  в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.

Экологические проблемы ядерной  энергетики

 

Ядерная энергетика до недавнего  времени  рассматривалась  как  наиболее перспективная. Это связано как с  относительно  большими  запасами  ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К  преимуществам  относится также  возможность  строительства  АЭС,  не  привязываясь  к  месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка  не  требует  существенных  затрат  в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5  кг  ядерного  топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн  каменного угля.

 До середины 80-х годов  человечество в ядерной энергетике  видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет   (с  середины  60-х  до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой  на  АЭС,  возросла практически с  нулевых  значений  до  15-17%,  а  в  ряде  стран  она  стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста.  До недавнего  времени  основные  экологические  проблемы  АЭС   связывались   с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией  самих  АЭС  после окончания допустимых сроков  эксплуатации.

 Неизбежный результат работы АЭС  -  тепловое  загрязнение.  На  единицу получаемой  энергии  здесь  оно  в  2-2,5  раза  больше,  чем  на  ТЭС,  где значительно больше  тепла  отводится  в  атмосферу.  Выработка  1  млн.  кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 км3 подогретых вод, на АЭС такой же  мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км3. Следствием больших  потерь  тепла  на  АЭС  является  их  более  низкий коэффициент полезного действия по сравнению с ТЭС.  На  последних  он  равен 35%, а на АЭС - только 30-31 %.

 В целом можно назвать  следующие воздействия АЭС на среду:

• разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд ,особенно при открытом способе;
• изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;
• изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;
• не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

 

 

 

 

 

Пути решения энергетической проблемы

Нет основания ожидать, что  темпы производства и потребления  энергии  в

ближайшей перспективе  существенно  изменятся  (некоторое  замедление  их  в промышленно  развитых  странах  компенсируется  ростом   энерговооруженности стран третьего мира), поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

• можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;
• каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

Экстенсивный путь решения  энергетической проблемы предполагает дальнейшее увеличение добычи энергоносителей  и абсолютный рост энергопотребления. Этот путь остается актуальным для  современной мировой экономики. Мировое энергопотребление в  абсолютном выражении с 1996 по 2003 г. выросло  с 12 млрд. до 15, 2 млрд. т условного топлива. Вместе с тем ряд стран сталкивается с достижением предела собственного производства энергоносителей (Китай) либо с перспективой сокращения этого производства (Великобритания). Такое развитие событий побуждает к поискам способов более рационального использования энергоресурсов.

На этой основе получает импульс интенсивный путь решения  энергетической проблемы, заключающийся, прежде всего в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие и внедрение энергосберегающих технологий, придает импульс структурной перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса.

 В современных условиях  тонна сбереженного в результате  сберегающих мер энергоносителя  обходится в 3-4 раза дешевле,  чем тонна дополнительно добытого. Это обстоятельство явилось для  многих стран мощным стимулом  повышения эффективности использования  энергоносителей. За последнюю  четверть XX в. энергоемкость хозяйства  США снизилась вдвое, а Германии  — в 2, 5 раза. Важным резервом  повышения эффективности использования  энергии является совершенствование  технологических процессов функционирования  аппаратов и оборудования. Несмотря  на то что это направление  является весьма капиталоемким,  тем не менее эти затраты  в 2-3 раза меньше расходов, необходимых  для эквивалентного повышения  добычи (производства) топлива и  энергии. Основные усилия в  этой сфере направлены на совершенствование  двигателей и всего процесса  использования топлива.

Также в числе способов решения энергетической проблемы 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.  

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 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 слаботочных 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. 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.

6. Использование альтернативных  источников энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование альтернативных источников энергии

Солнечная энергия.

 Солнце – неисчерпаемый  источник энергии: ежесекундно  на Землю поступает около 80 триллионов киловатт энергии,  т. е. в тысячи раз больше, чем вырабатывают все электростанции  мира. Использование только 0,5% этого  количества могло бы полностью  покрыть мировую потребность  в энергии на тысячелетия.

 В США работает 8 солнечных  станций модульного типа общей  мощностью около 450 мВт, энергия  поступает в общую энергосистему  страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических  преобразователей достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится  на долю США. В настоящее  время в мире работает более  2 млн. гелиоустановок горячего  водоснабжения. Площадь солнечных  (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии – 8 млн. м2. В США и в Японии работают боле 5 млн. тепловых насосов.

Энергия недр Земли

Наиболее стабильным источником может служить геотермальная  энергия – энергия земных недр (температура в центре Земли достигает  нескольких тысяч градусов). Валовой  мировой потенциал геотермальной  энергии в земной коре на глубине  до 10 км оценивается в 18 000 триллион тонн условного топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических  запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной  энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 триллион тонн условного топлива. Использование  только около 0,2% этого потенциала могло  бы покрыть потребности страны в  энергии. Вопрос заключается лишь в  рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции суммарной мощностью 5136 мВт, строятся еще 117 мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире в этой области занимают США (более 40% действующих мощностей в мире). Перспективные направления использования АИЭ – сжигание твердых отходов, переход на водород вместо традиционных теплоносителей и т.п.

 

 

 

Энергия ветра.

 На первый взгляд  энергия ветра кажется одной  из самых доступных и возобновляемых. В отличие от Солнца ветер  может “работать” зимой и  летом, днем и ночью. Но ветер  – это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения”  ветров и не пустила их, подобно  рекам, по руслам. Ветровая энергия  практически всегда “размазана”  по огромным территориям. Основные  параметры ветра – скорость  и направление – меняются подчас  очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, возникают  две проблемы, которые необходимо  решить для полноценного использования  энергии ветра. Первая – это  возможность “ловить” кинетическую  энергию ветра с максимальной  площади. Вторая –добиться равномерности, постоянства ветрового потока. В настоящее время существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.