Экологические проблемы энергетики
«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 средних и малых рек (длина от 10 до 200 км). В
прошлом именно малые и средние реки являлись важнейшим источником получения
энергии. Небольшие 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. 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.
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. 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). Из стран
бывшего СССР значительные ресурсы геотермальных вод имеются лишь в России
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 российском институте им.
Курчатова. Второй путь предусматривает использование лазерных лучей, за
счет которых обеспечивается получение нужной температуры, 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.
| |  скачать работу |
Экологические проблемы энергетики |
