Энергетика. Оценка достоинств и недостатков различных способов производства энергии. Альтернативные источники энергии

Энергетика — основа развития любого региона или отрасли экономики. Темпы роста производства, его технический уровень, производительность труда, уровень жизни населения в значительной степени определяются развитием энергетики.

Основными типами электростанций являются: 1) ТЭС; 2) ГЭС; 3) АЭС

Основным источником энергии в настоящее время является тепловая энергия, получаемая от сгорания органического топлива — угля, нефти, газа, торфа, горючих сланцев. Вместе с тем ТЭС, в котлах которых происходит сжигание этого топлива, являются крупнейшими загрязнителями среды. На долю топливно-энергетического комплекса России приходится более 50% выбросов вредных веществ в атмосферу и 20%
сброса сточных вод. При сжигании топлива образуется большое количество золы, диоксида серы, канцерогенов Диоксид серы, загрязняя атмосферу, вызывает кислотные дожди, которые закисляют почву, снижая эффективность применения удобрений, изменяют кислотность вод. Это сказывается на видовом многообразии водного сообщества. S0₂ существенно влияет и на растительность.

Наиболее чувствительны к диоксиду серы хвойные и лиственные леса, так как он накапливается в листьях и хвое. При содержании S0₂ в воздухе от 0,23 до 0,32 мг/м³ происходит усыхание сосны за 2—3 года в результате нарушения фотосинтеза и процесса дыхания. Аналогичные изменения у лиственных деревьев возникнут при концентрации S0₂ 0,5—1,0 мг/м³.

Трансграничный перенос диоксида серы выносит проблему кислотных осадков на международный уровень.

Тепловые выбросы приводят к росту среднегодовой температуры, образуя пространственные «острова теплоты», превышающие естественную температуру воздуха на 1—4 °С. Также ТЭС являются источником шума, электромагнитных и радио-
активных излучений.

Проблема снижения жесткого давления ТЭС на среду должна решаться на каждом этапе технологического процесса производства, начиная с подготовки сырья. Перспективен перевод котельных на газовое топливо.

К основным направлениям защиты среды относится совершенствование технологических процессов. В России более половины оборудования ТЭС устарело, нуждается в реконструкции и замене. Новые технологии позволят сократить долю выбросов, а системы очистки — их уловить, а затем утилизировать. Важная роль в защите окружающей среды отводится мерам по рациональному размещению источников загрязнений: вынесению промышленных предприятий из крупных городов в районы с непригодными или малопригодными для сельскохозяйственного использования землями; оптимальному расположению предприятий с учетом топографии местности и розы ветров; установлению санитарно-защитных зон вокруг предприятий; рациональной планировке городской застройки, обеспечивающей оптимальные экологические условия для человека.

Гидроэнергетика— получение энергии от текущей воды на ГЭС. В Норвегии на долю ГЭС приходится около 100% всего производства электроэнергии, в Бразилии, Канаде, Швеции — более 50%. Большое развитие гидростроительство получило и в нашей стране.

Работа ГЭС обеспечивает: возможность производства относительно дешевой электроэнергии; регулирования стока воды с помощью плотин и водохранилищ; орошения полей; защиту прилегающих территорий от наводнений катастрофического
характера. При этом улучшаются условия судоходства, углубляется фарватер, затопляются пороги. В водохранилищах разводят озерные породы рыб; прибрежная зона — место массового отдыха.

К серьезным негативным экологическим последствиям строительства ГЭС на равнинных реках относят: затопление земель; снижение скорости течения реки, замедление водооб мена и самоочищения; повышение сейсмической активности;
изменение микроклимата окружающей территории; подтопление берегов, заболачивание, оползневые процессы; развитие синезеленых водорослей, эвтрофикация водоема; сокращение стада ценных промысловых рыб.

Серьезное внимание следует обратить на малые и микро ГЭС, которые могут быть
созданы на небольших реках. Решить проблему «большой» энергетики они, конечно, не смогут, но вырабатывать энергию для отдельных хозяйств, населенных пунктов они в силе. Их в несомненным достоинством является минимальное воздействие на природу. В США налажена настоящая индустрия микроагрегатов для таких ГЭС; английские фирмы также выпускают компактные энергетические устройства.

Ядерная энергетика— молодая отрасль. Первая АЭС в мире была пущена в 1954 г. в СССР, после чего началось бурное развитие ядерной энергетики. В настоящее время, по данным МАГАТЭ, ядерная энергетика развита почти в 30 странах мира: США, Франции, Японии, ФРГ, России и др.

Атомный реактор маленькой электростанции в Обнинске (севеpo-восток Калужской области) в июне 1954 г. привел в действие турбогенератор, который открыл новую эру в развитии энергетики мира — ядерной энергетики. Мощность Обнинской АЭС составляла
всего 5 тыс. кВт. Для сравнения: мощность современных Ленинградской и Курской АЭС достигает 4 млн кВт, Смоленской и Калининской — 2 млн кВт.

Одна из самых сложных проблем ядерной энергетики - это проблема радиоактивных отходов (РАО), количество которых стремительно растет. На атомных станциях образуются РАО разного уровня радиоактивности.Наиболее редки газообразные РАО, которые очищаются с помощью системы фильтров и выбрасываются в атмосферу. Самыми распространенными являются жидкие РАО, хранить которые особенно неудобно, поэтому их после нагревания и выпаривания смешивают с цементом, бетоном или битумом. Когда этот своеобразный раствор застывает, то превращается в монолитные блоки, помещаемые в хранилища. Жидкие отходы высокой активности внедряют в стеклообразную массу, пористые керамики, керамики на основе металлов (герметы). В результате этих действий отходы становятся твердыми и подлежат хранению и захоронению. Твердые РАО (дета ли демонтированного оборудования, инструмент, отработавший свой срок, фильтры, спецодежда) помещают в металлические контейнеры и также временно хранят на территории станции.

Радиоактивные отходы в некоторых странах перерабатывают. Во Франции отходы сначала хранятся на территории АЭС, затем на заводах их растворяют в азотной кислоте; полученные азотнокислые соли урана или плутония выделяют в виде
твердого вещества и в дальнейшем используют вновь.

Захоронение РАО — это помещение их в специальные пункты захоронения («могильники»), т. е. выведение их из сферы человеческой деятельности и биологических процессов.
Вместилищами РАО могут служить три типа геологических формаций: глины (аллювий), скальные породы (гранит, базальт), каменная соль. Глины используются для создания
приповерхностных пунктов захоронения, а скальные породы и каменная соль — для строительства глубинных могильников.

Наиболее перспективны для хранения и захоронения РАО соляные массивы, так как в них отсутствуют мигрирующие воды, почти нет включений жидкости или газообразующих примесей, агрессивно воздействующих на оболочку контейнера с РАО.

Поиски решения проблемы РАО должны вестись с двух сторон: с одной стороны, сокращение отходов за счет совершенствования технологии и вторичная их переработка; с другой — совершенствование технологии захоронения в целях большей безопасности.

Следующая проблема, связанная с предыдущей, — это демонтаж АЭС, которые отработали положенный им 30-летний срок. К 2010 г. в таком положении окажется ²/₃ АЭС мира. Вывод АЭС из эксплуатации — сложный, дорогостоящий и продолжительный процесс, причем небезопасный, хотя и работающая АЭС потенциально опасна из-за возможности аварийных ситуаций. Аварии различного масштаба на АЭС происходят во многих странах. Особенно крупные аварии были: в Англии на АЭС «Уиндскейл» (1957 г.), в США на АЭС « ТриМай л-Айленд» (1979 г.), на Украине в Чернобыле (1986 г.). и результате разрушения реактора и его активной зоны на АЭС в Чернобыле в окружающую среду попали десятки миллионов |кюри радиоактивных веществ, которые в основном выпали с осадками на территории Украины, Белоруссии, центральных областей России. Однако заметные выпадения радиоактивных веществ с дождями были зарегистрированы в Австрии, Германии, Польше, Финляндии, Швеции. Чернобыльская катастрофа нанесла убыток, исчисляемый 270 млрд долларов.

Поэтому главное требование к функционированию АЭС - обеспечение более высокой степени безопасности на всех стадиях технологического процесса и этапах работы. Возможно подземное размещение реактора в скальных породах, как, например, в Швеции. Достижение этого позволило бы снять напряженность в решении энергетической проблемы за счет выделения новых мощностей на АЭС.

Преимуществом АЭС является возможность приблизить станцию к потребителю энергии, поскольку она независима от месторождения урановых рудников благодаря компактности ядерного горючего и продолжительности его использования.
К тому же это одна из возможностей экономии угля, нефти, газа и широкого их использования в других отраслях.

К альтернативным источникам энергииотносятся нетрадиционные возобновляемые источники — солнечная энергия, энергия ветра, энергия приливов, геотермальная энергия, энергия биомассы и др. Потенциальные ресурсы альтернативной энергетики достаточно велики и превышают потребности в энергии, но экономические и технологические возможности их использования ограничены, и поэтому они
пока занимают весьма скромное место, хотя и обладают большими перспективами.

Наибольшим потенциалом обладает солнечная энергия, среди достоинств которой неисчерпаемость и экологическая чистота. Во многих странах мира (Японии, США, Франции,Алжире и др.) функционируют тысячи солнечных установок, обеспечивая теплом население и потребности хозяйства. В 1985 г. в Крыму было завершено строительство солнечной электростанции (СЭС-5) мощностью 5 тыс. кВт.

Ветроэнергетические ресурсыприземного слоя атмосферы огромны и с давних времен широко использовались на ветряных мельницах. Неотъемлемой частью пейзажа Нидерландов наряду с каналами, дамбами и протоками являлись ветряные мельницы, которые откачивали воду с затопленных территорий и отвоевывали их у моря, пре-
вращая в культурные сельскохозяйственные угодья. К концу XX в.
в Дании работали 30 тыс. ветряных мельниц. Не были они редко
стью и в Испании. В России до революции их было около 250 тыс.

Для нормальной работы ветровых энергетических установок требуется скорость ветра 4—5 м/с, иначе агрегаты вообще не смогут работать. Наибольшей же эффективности установки достигают при скорости 6—9 м/с.

Энергия приливовуже используется на ПЭС во Франции (устье реки Роны на побережье Ла-Манша). В России работает Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове. ПЭС выгодно строить в тех местах, где приливная волна достигает
большой высоты: в канадском заливе Фанди (17 м), в проливе JIa-Манш (до 15 м), в Охотском море (Пенжинская губа на Камчатке, до 13 м), в Белом море (до 10 м).

Горячие ключи и гейзеры встречаются в Италии, Исландии, Мексике, Чили, США и Новой Зеландии. Подземное тепло превращается в геотермальную электроэнергиюна геоТЭС в Японии, Италии, Мексике, США. В России тоже действует опытная геоТЭС — Паужетская на Камчатке.

Одно из перспективных направлений энергетического использования биомассы— производство из нее биогаза, который можно преобразовать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания.
Использование органических веществ решает также задачи
очистки сточных вод, утилизации отходов городов, получения
удобрений.