Доклад: Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду. Электроэнергия и экология реферат

Реферат

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Электромеханический факультет

Кафедра «Электрические

системы и сети»

по курсу «Введение в энергетику и электротехнику»

Тема «Экология энергетики».

Реферат подготовил

студент группы 1023/1 /Шкутова М.А./

Реферат проверил

Профессор /Галанов В.И./

Введение

Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. Не зря говорят: «Энергетика – хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже понятие – «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определён 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.

Экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.

Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества.

Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос – дом, жилище; логос – учение, наука).

Энергетика – это область хозяйства, охватывающая выработку преобразования, передачу и использование разных видов энергии. В нашем мире ни шагу нельзя ступить без использования электроэнергии. Электричество очень важно для нормального существования человечества, и потребности человека в электроэнергии постоянно возрастают, поэтому энергетика является объектом самого пристального общественного внимания; проблемы обеспечения ее безопасности и экологичности волнуют в настоящее время широкие слои нашего общества.

Наряду с положительном эффектом (производством электроэнергии) электростанции могут оказывать отрицательное воздействие на окружающую человека природную среду. Это воздействие различно по характеру и степени в зависимости от типа электростанции.

Структуру производства электроэнергии на настоящий момент можно увидеть на диаграмме:

Распределение объемов производства электроэнергии электростанциями различных типов

Основные концепции надежности и экологической безопасности объектов энергетики.

Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения.

Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу.

Увеличение напоров и объемов водохранилищ гидроузлов, продолжение использования традиционных видов топлива (уголь, нефть, газ), строительство АЭС и других предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) выдвигают ряд принципиально важных задач глобального характера по оценке влияния энергетики на биосферу Земли. Если в предыдущие периоды выбор способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта и др. и назначение основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) проводились в первую очередь на основе минимизации экономических затрат, то в настоящее время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики.

Это, прежде всего, относится к ядерной энергетике (АЭС и другие предприятия ЯТЦ), крупным гидроузлам, энергокомплексам, предприятиям, связанным с добычей и транспортом нефти и газа и т.п. Тенденции и темпы развития энергетики сейчас в значительной степени определяются уровнем надежности и безопасности (в том числе экологической) электростанций разного типа. К этим аспектам развития энергетики привлечено внимание специалистов и широкой общественности, вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы, однако, сама концепция надежности и безопасности потенциально опасных инженерных объектов остается во многом мало разработанной.

Развитие энергетического производства, по-видимому, следует рассматривать как один из аспектов современного этапа развития техносферы вообще (и энергетики в частности) и учитывать при разработке методов оценки и средств обеспечения надежности и экологической безопасности наиболее потенциально опасных технологий.

Одно из важнейших направлений решения проблемы – принятие комплекса технических и организационных решений на основе концепций теории риска. Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего времени практически количественно не учитываемого риска для населения и окружающей среды. Под надежностью объекта понимается его способность выполнять свои функции (в данном случае – выработка электро- и тепловой энергии) в заданных условиях эксплуатации в течение срока службы. Или наиболее подробно: свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Под экологической безопасностью понимается сохранение в регламентируемых пределах возможных отрицательных последствий воздействия объектов энергетики на природную среду. Регламентация этих негативных последствий связана с тем, что нельзя добиться полного исключения экологического ущерба.

Отрицательные последствия воздействия энергетики на окружающую среду следует ограничивать некоторым минимальным уровнем, например, социально-приемлемым допустимым уровнем. Должны работать экономические механизмы, реализующие компромисс между качеством среды обитания и социально-экономическими условиями жизни населения. Социально-приемлемый риск зависит от многих факторов, в частности, от особенностей объекта энергетики.

Постановка задачи оценки возможных последствий для окружающей среды при создании объектов ядерной энергетики. Здесь под экологической безопасностью понимается концепция, согласно которой при проектировании, строительстве, эксплуатации и снятии с эксплуатации АЭС, а также других объектов ЯТЦ предусматривается и обеспечивается сохранение региональных экосистем. При этом допускается некоторый экологический ущерб, риск которого не превосходит определенного (нормируемого) уровня. Этот риск минимален в период штатной эксплуатации АЭС, возрастает при возведении объекта и снятии его с эксплуатации и, особенно – в аварийных ситуациях.

Необходимо учитывать влияние на окружающую среду всех основных факторов техногенного воздействия: радиационного, химического теплового (с учетом их возможного нелинейного взаимодействия). Следует иметь в виду и различные масштабы возможных последствий: локальный (тепловое пятно сброса подогретых вод в водоемы и водотоки), региональный (выброс радионуклидов), глобальный (рассеяние долгоживущих радионуклидов по биосферным каналам).

Если же создается крупное водохранилище-охладитель, то, как в случае гидроэнергетического объекта, должна ставиться задача об экологически безопасном функционировании сложной ПТС (с учетом отмеченной специфики АЭС).

Аналогичный круг вопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологической безопасности объектов теплоэнергетики: учет теплового и химического воздействия на окружающую среду, влияние водоемов-охладителей и т.п.

studfiles.net

Реферат - Альтернативные виды энергии

Реферат по экологии Козореза Михаила

ВСТУПЛЕНИЕ

На пороге ХХI века человек все чаще и чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать. Homo Sapiens прошел путь от первого костра до атомных электростанций, освоил добычу основных традиционных энергетических ресурсов — угля, нефти и газа, научился использовать энергию рек, освоил “мирный атом”, но все активнее обсуждаются вопросы использования новых нетрадиционных, альтернативных видов энергии.

По оценкам специалистов, мировые ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным данным 30 триллионов тонн, нефти — 300 миллиардов тонн, газа — 220 триллионов кубометров. Разведанные запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти — 137 миллиардов тонн, газа — 142 триллионов кубометров. Почему же наблюдается тенденция к освоению альтернативных видов энергии, при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что в последние годы в шельфовых зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа?

Есть несколько ответов на этот вопрос. Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли. Существует точка зрения, что при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет. Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Склады нефтепродуктов и окружающие их территории подчас напоминают “города мертвых”, а кадры кинохроники о плавающих в нефтяной пленке морских птицах и животных тревожат не только Greenpeace.

Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект*.

В настоящее время выдвигаются множество различных идей и предложений по использованию всевозможных возобновляемых видов энергии. Разработка некоторых проектов еще только начинается. Так, существуют предложения по использованию энергии разложения атомных частиц, искусственных смерчей и даже энергии молнии. Проводятся эксперименты по использованию “биоэнергетики”, например, энергии парного молока для обогрева коровников.

Но существуют и “традиционные” виды альтернативной энергии. Это энергия Солнца и ветра, энергия морских волн, приливов и отливов. Есть проекты преобразования в электроэнергию газа, выделяющегося на мусорных свалках, а также из навоза на звероводческих фермах. Основным видом “бесплатной” неиссякаемой энергии по справедливости считается Солнце. В Солнце сосредоточено 99, 886% всей массы солнечной системы. Солнце ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг U235.

СОЛНЦЕ

Солнце — неисчерпаемый источник энергии — ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет — самая близкая к Солнцу часть нашей планеты — по праву считает солнечную энергию своим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено уже более пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы (см. рис.№1) и сделать их эффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании “Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 процентов попавшего на него солнечного света.

Это достижение стало возможным, с одной стороны, благодаря использованию двухслойной конструкции. Верхний слой — из арсенида галлия. Он поглощает излучение видимой части спектра. Нижний слой — из антимонида галлия и предназначен улавливать инфракрасное излучение, которое обычно теряется. С другой стороны, высокая эффективность достигается благодаря специальному покрытию, преломляющему свет и фокусирующему его на активные области солнечной ячейки.

В Японии ученые работают над совершенствованием фотогальванических элементов на кремниевой основе. Если толщину солнечного элемента существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочные элементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую эффективность и экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная прозрачность позволят легко устанавливать их на фасадах зданий и даже на окнах, для обеспечения электроэнергией жилых домов. Однако поскольку интенсивность солнечного света не всегда и не везде одинакова, то даже при установке множества солнечных батарей, зданию потребуется дополнительный источник электричества. Одним из возможных решений этого вопроса является использование солнечных элементов в комплексе с двухсторонним топливным элементом. В дневное время, когда работают солнечные элементы, избыточную электроэнергию можно пропускать через водородный топливный элемент (см. гл. ВОДОРОД) и таким образом получать водород из воды. Ночью же топливный элемент сможет использовать этот водород для производства электроэнергии.

Компактная передвижная электростанция сконструирована германским инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг она имеет мощность 4 КВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротоком достаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где энергию вырабатывают сразу два устройства — ветрогенератор нового типа и комплект солнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в отличие от обычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении воздуха, второй — автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на светило. Добытая энергия накапливается в аккумуляторном блоке, а тот стабильно снабжает током потребителей.

Глядя вперед, в те времена, когда штат Калифорния будет нуждаться в удобных станциях для подзарядки электробатарей, “Южно-калифорнийская компания Эдисон” планирует начать испытание специальной автостанции для машин, работающих на солнечной энергии, которая в конечном счете должна стать обычной заправочной станцией со множеством парковочных мест и различными магазинами. Солнечные панели на крыше станции, расположенной в городе Даймонд-Баре, обеспечат энергию для зарядки электромобилей в течение всего рабочего дня даже зимой. А излишек, получаемый от этих панелей, будет использоваться для нужд самой автостанции. Уже в 1981г. через пролив Ла-Манш совершил перелёт первый в мире самолёт двигателем, работающим от солнечных батарей. Чтобы совершить перелёт на расстояние 262 км, ему потребовалось 5,5 часа (см. рис. №2). А по прогнозам учёных конца прошлого века, ожидалось, что к 2000 году на дорогах Калифорнии появится около 200000 электромобилей. Возможно, и нам стоит подумать об использовании солнечной энергии в широких масштабах. В частности, в Крыму с его “солнцеобильностью”.

ВОДОРОД

Эти и многие другие современные разработки начинают вырисовывать контуры будущего мира, в котором, несмотря на продолжающийся рост потребления энергии, получаемой преимущественно путем сжигания природного топлива, уровень содержания углекислого газа в атмосфере реально начнет снижаться.

Ускорить этот процесс смогли бы и автомобили марки NECAR4, разрабатываемые в одной из лабораторий под Штутгартом. Этот экспериментальный автомобиль, разрабатываемый совместно компаниями Ford, Daimler-Chrysler и Canada's Ballard Power Systems, работает на водороде, запасов которого в природе более чем достаточно. Водород, в отличие от ископаемых видов топлива, не содержит атомов углерода и поэтому не образует двуокиси углерода (СО2). Однако водород также может загрязнять окружающую среду, так как при его сгорании происходит перегруппировка молекул воздуха, при которой образуется окись азота и озон. Но NECAR4 не сжигает водород. На автомобиле установлен бортовой топливный элемент, разработанный фирмой Ballard, который обеспечивает постепенное соединение водорода с кислородом при умеренной температуре. В результате на выходе получается обыкновенная вода (h3O) и электроэнергия.

Топливные элементы были изобретены еще в начале XIX века. В 60-е годы прошлого века НАСА использовало их для получения чистой энергии в космосе. Но только в прошедшем десятилетии удалось создать топливные элементы таких размеров, которые позволили бы устанавливать их в легковых автомобилях. NECAR4 создан на базе малолитражного автомобиля Mercedes-Benz, типа «седан» класса А. Этот автомобиль вмещает пять человек плюс багаж, развивает скорость до 145 км/час и может пройти без заправки 450 километров. По словам Фердинанда Паника, руководителя проекта компании Diamler Chrysler, «значение топливного элемента соизмеримо разве что со значением микросхемы для развития вычислительной техники”.

Результаты не заставят себя ждать. Первые полевые испытания автомобилей с топливным элементом пройдут уже в этом году в Калифорнии. К 2004 году Diamler Chrysler, Ford, а также General Motors, Toyota и другие компании, предполагают начать поставку автомобилей с топливным элементом на потребительский рынок.

Проблема, связанная с массовым серийным производством компактных топливных элементов для легковых и грузовых автомобилей, еще до конца не решена, однако уже сейчас можно было бы начать производство крупногабаритных элементов, обеспечивающих работу промышленных предприятий и электростанций.

Теоретически, водород можно было бы получать из воды, используя для этого энергию солнца или ветра. Однако, даже при самых оптимистических прогнозах, связанных с совершенствованием таких технологий, затраты на производство электроэнергии, необходимой для разделения молекул воды на молекулы водорода и кислорода в настоящее время чрезвычайно велики. Поэтому первые установки для крупномасштабного производства водорода будут, по всей видимости, вырабатывать его из традиционных видов топлива.

Такую технологию можно было бы, например, успешно применять в Китае, где стремительный рост производства и огромные природные запасы угля угрожают вызвать катастрофическое загрязнение атмосферы углекислым газом в течение следующего столетия.

Основной проблемой, связанной с производством водорода по старым технологиям, является то, что при этом образуется двуокись углерода, которую нельзя выбрасывать в атмосферу. Существует, однако, альтернативный метод – закачивать углекислый газ под землю. В Норвегии, например, энергетическая компания Norsk Hydro строит электростанцию, которая будет работать на водороде, получаемом из природного газа. Образующаяся при этом двуокись углерода будет закачиваться обратно в одно из месторождений нефти, расположенных на континентальном шельфе. С помощью такой технологии можно не только решить проблему загрязнения воздуха углекислым газом, но и повысить давление в месторождении, что значительно облегчит выкачивание из него оставшихся запасов нефти. Другим не менее эффективным способом борьбы с загрязнением атмосферы является закачивание двуокиси углерода в подземный водоносный слой, которое уже в настоящее время успешно применяется в Европе и США.

ВЕТЕР

На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может “работать” зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. 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, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую. Одна из таких установок (патент РФ № 1783144) порождает искусственный сверхураган внутри себя при скорости ветра в 5 м/с!

Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры. И тем не менее всего одна электростанция, работающая на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии тысячи ветряных турбин (см. рис. №3;8).

МОРЕ

В последнее время в некоторых странах снова обратили внимание на те проекты, которые были отвергнуты ранее как малоперспективные. Так, в частности, в 1982 г. британское правительство отменило государственное финансирование тех электростанций, которые используют энергию моря: часть таких исследований прекратилась, часть продолжалась при явно недостаточных ассигнованиях от Европейской комиссии и некоторых промышленных фирм и компаний. Причиной отказа в государственной поддержке называлась недостаточная эффективность способов получения “морского” электричества по сравнению с другими его источниками, в частности — атомными.

В мае 1988 г. в этой технической политике произошел переворот. Министерство торговли и промышленности Великобритании прислушалось к мнению своего главного советника по энергетике Т. Торпа, который сообщил, что три из шести имеющихся в стране экспериментальных установок усовершенствованы и ныне стоимость 1 КВт/ч на них составляет менее 6 пенсов, а это ниже минимального уровня конкурентоспособности на открытом рынке. Цена “морской” электроэнергии с 1987 г. снизилась вдесятеро.

Волны. Наиболее совершенен проект “Кивающая утка” (см. рис. №4), предложенный конструктором С. Солтером. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 КВт\ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это — 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 КВт\ч).

Следует заметить, что использование источников альтернативных, возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным основанием быть причисленной к таким источникам.

Приливы. Первая большая электростанция, работающая на энергии приливов, была построена в 1968г. в устье реки Ранс (Франция). Электростанция работает следующим образом. Когда начинается отлив, заслонки в дамбе закрывают, поддерживая высокий уровень воды за плотиной. При разнице уровней в 3 м. заслонки открывают, и вода устремляется в море, вращая лопатки 24-х больших турбин, а вместе с ними и роторы электрогенераторов. Когда опять начинается прилив, вода через открытые заслонки проходит за плотину, и цикл повторяется (см. рис. №5).

РЕКИ

Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают на ГЭС. Её получают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидростанции бывают очень мощными. Так, станция Итапу на реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем развивает мощность до13 000 млн.Квт.

Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест его, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют. Этот двухметровый агрегат есть не что иное, как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. В комплекте с аккумулятором она обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую… Была бы поблизости речушка!

Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух берегов. Остальное — дело техники: мультипликатор вращает автомобильный генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергия аккумулируется.

Опытный образец бесплотинной мини-ГЭС успешно зарекомендовал себя на речках Горного Алтая.

ЗЕМЛЯ

Тепло от горячих горных пород в земной коре тоже может генерировать электричество (см. рис. №6). Через пробуренные в горной породе скважины вниз накачивается холодная вода, а в вверх поднимается образованный из воды пар, который вращает турбину. Такой вид энергии называется геотермальной энергией. Она используется, например, в Новой Зеландии и Исландии.

ОТХОДЫ

Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии. Во всяком случае именно так поступили в США, в штате Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $ 4000 прибыли еженедельно. Но главное- объем закрытых свалок сократился на 78%.

Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50-55 % которого приходится на метан, а 45-50% — на углекислый газ и около одного процента — на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то теперь в США его начинают использовать в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии. Только в мае 1993 года 114 электростанций, работающих на газе от свалок, произвели 344 мегаджоуля электроэнергии. Самая крупная из них, в городе Уиттиер, производит за год 50 мегаджоулей. Станция мощностью 12 мегаватт способна удовлетворить потребность в электроэнергии жителей 20 тысяч домов. По подсчетам специалистов, газа на свалках США хватит для работы небольших станций на 30-50 лет. Не стоит ли и нам задуматься над проблемой вторичного использования мусора? При наличии эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных “курганов”, а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии, благо “дефицита сырья” для ее производства не предвидится.

НАВОЗ

Казалось бы, что может быть неприятнее навоза? Много проблем связано с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их загрязнению.

Известно, что теплоцентрали — активные загрязнители окружающей среды, свинофермы и коровники — тоже. Однако из этих двух зол можно составить нечто хорошее. Именно это произошло в английском городе Пиделхинтоне, где разработана технология переработки навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы — для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно получить 40 КВт/ч.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ДЕРЕВНИ

Кроме замены традиционных источников энергии альтернативными, существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будут служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.

Хранителем домашнего очага и незримым существом в доме, по старинным поверьям, служит теплый домовой. Техническую помощь ему в скандинавских странах, в первую очередь в Швеции, оказывает теперь программно управляемая бытовая теплоцентраль “Аквае 47 ОД”. Разработанная шведской фирмой “Электро стандард”, эта установка довольствуется скромным местом, скажем, площадью кухни.

Тепловые насосы и узел нагрева воды вмонтированы в нее еще на заводе-изготовителе. Принцип экономного вторичного обогрева таков: из использованного воздуха ванной комнаты, кухни и подсобок тепловая энергия возвращается в систему отопления традиционного типа и утилизируется водогрейным котлом. Дополнительные калории от внешних источников газа или жидкого топлива отбираются на эти цели лишь по мере необходимости. Особые клапаны в наружных стенах, снабженные противопылевым фильтром и входящие в комплект установки, обеспечивают подвод чистого воздуха и равномерную безвытяжную смену его в доме. Это достижение компьютерной теплотехники предназначено прежде всего для односемейных домов, например, для загородных коттеджей; оно сокращает наполовину обычный расход энергии.

В испанском поселке Сант-Джосеп на острове Ивиса сооружается первая в мире экологическая деревня будущего, где поселятся четыреста человек. В проекте участвуют специалисты из всех стран Европы. Чтобы оптимально использовать солнечный свет, “умные” дома сами станут регулировать внутреннюю температуру. Это позволяет как новая технология, так и сами материалы — каркас из алюминия и поликарбоната с огромными застекленными поверхностями, где циркулирует прозрачная жидкость. Получится своеобразный щит, впускающий солнечный свет, но удерживающий тепло. Температура зимой и летом будет одинаковая — 20-22 градуса. Избыток энергии поступит в термический теплонакопитель. Электроэнергию там станут вырабатывать также ветряные мельницы и солнечные батареи, избыток ее опять же сберегут огромные аккумуляторы. Биоочистная установка превратит органические отходы — мусор и сточные воды, в метан, преобразуемый затем в электричество. Структура здания гарантирует сохранность свыше 85 процентов энергии. На гигантской биоферме будут выращивать скот, рыбу, а так же овощи, фрукты и злаки.

Возможно, такие проекты пока невозможно реализовать в значительных масштабах. До серийного производства “умных” экологически чистых домов еще далеко, но уже сейчас реализация некоторых проектов (постройка мини-ГЭС, солнечных, ветровых, мусорных электростанции) вполне реальна.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В обозримом будущем природное топливо по-прежнему будет важным источником энергии. Однако природные ресурсы ограничены, и в конце концов человечество будет вынуждено перейти на использование энергии ветра и Солнца, о чем с незапамятных времен мечтают защитники окружающей среды.

Теоретически, каждое предприятие, здание, жилой дом и автомобиль может иметь свой собственный экологически чистый, возобновляемый источник энергии, что позволит человечеству обходиться без нефтяных скважин, угольных шахт, электростанций, линий электропередачи и избавиться, таким образом, от всех негативных последствий их использования. Однако на данный момент перед человечеством стоит более неотложная задача: остановить перегревание планеты и сделать это как можно быстрее. Благодаря автомобилям с топливными элементами, более совершенным ветровым турбинам и солнечным элементам, и другим описанным в данном реферате проектам, внедрение которых уже становится реальностью, угроза глобального потепления кажется теперь не столь устрашающей, какой она представлялась еще несколько лет назад.

www.ronl.ru

Доклад - Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду

Реферат по биологии и экологии

по теме:

«Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду».

Москва 2002 год.

Использование любого вида энергии и производство электроэнергии сопровождается образованием многих загрязнителей воды и воздуха. Перечень таких загрязнителей удивительно длинен, а их количества чрезвычайно огромны. Вполне естественно возникает вопрос, всегда ли использование энергии и производство электроэнергии должно сопровождаться разрушением окружающей среды. И если правда, что любой вид человеческой деятельности неизбежно оказывает вредное воздействие на природу, то степень этого вреда различна. Мы не можем не влиять на среду, в которой живем, поскольку для поддержания жизненных процессов как таковых необходимо поглощать и использовать энергию.

Человек, безусловно, оказывает влияние на окружающую его среду, однако в природе существуют естественные уравновешивающие механизмы, которые поддерживают среду и обитающие в ней сообщества в состоянии равновесия, когда все изменения происходят достаточно медленно. Тем не менее во многих случаях хозяйственная деятельность человека нарушает равновесие, создаваемое этими механизмами, что приводит к быстрым изменениям условий окружающей среды, с которыми ни человек, ни природа не могут успешно справиться. Традиционное производство энергии, дающее огромные количества загрязнителей воды и воздуха, — один из видов такой деятельности человека.

В моей работе я хочу рассмотреть получение электроэнергии за счет природных источников, таких, как падающая вода, ветер и энергия Солнца.

Эти способы получения электроэнергии представляются более мягкими в смысле воздействия на окружающую среду, чем сжигание ископаемого топлива или расщепления ядерного урана. Кроме того, все перечисленные выше источники энергии возобновляемы, т. е. практически они доступны всегда и везде.

Удивительно, что всего двести лет назад человечество помимо энергии самого человека и животных располагало только тремя видами энергии. И источником этих всех трех видов энергии было Солнце. Энергия ветра вращала крылья ветряных мельниц, на которых мололи зерно или ткали. Для того чтобы можно было воспользоваться энергией воды, необходимо, чтобы вода бежала вниз к морю от вышерасположенного истока, где река наполняется за счет выпадающих дождей.

За последнее десятилетие интерес к этим источникам энергии постоянно возрастает, поскольку во многих отношениях они неограниченны. По мере того как поставки топлива становятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся все более привлекательными и более экономичными. Повышение цен на нефть и газ послужило главной причиной того, что мы вновь обратили свое внимание на воду, ветер и Солнце.

Солнечная энергия.

Солнечная энергия – это кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате реакций в недрах Солнца. Поскольку её запасы практически неистощимы (астрономы подсчитали, что Солнце будет «гореть» еще несколько миллионов лет), ее относят к возобновляемым энергоресурсам. В естественных экосистемах лишь небольшая часть солнечной энергии поглощается хлорофиллом, содержащимся в листьях растений, и используется для фотосинтеза, т. е. образования органического вещества из углекислого газа и воды. Таким образом, она улавливается и запасается в виде потенциальной энергии органических веществ. За счет их разложения удовлетворяются энергетические потребности всех остальных компонентов экосистем.

Посчитано, что примерно такого же процента солнечной энергии вполне достаточно для обеспечения нужд транспорта, промышленности и нашего быта не только сейчас, но и в обозримом будущем. Более того, вне зависимости от того, будем мы ее использовать или нет, на энергетическом балансе Земли и состоянии биосферы это никак не отразится.

Однако солнечная энергия падает на всю поверхность Земли, нигде не достигая особой интенсивности. Потому ее нужно уловить на сравнительно большой площади, сконцентрировать и превратить в такую форму, которую можно использовать для промышленных, бытовых и транспортных нужд. Кроме того надо уметь запасать солнечную энергию, чтобы поддерживать энергоснабжение и ночью, и пасмурные дни. Перечисленные трудности и затраты, необходимые для преодоления, привели к мнению о непрактичности этого энергоресурса по крайней мере сегодня. Однако во многих случаях проблема преувеличивается. Главное – использовать солнечную энергию так, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю. По мере совершенствования технологий и дорожания традиционных энергоресурсов эта энергия будет находить все новые области применения.

Световое излучение можно улавливать непосредственно, когда оно достигает Земли. Это называется прямым использованием солнечной энергии. Кроме того, она обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органического вещества в биосфере. Значит, обращаясь к этим энергоресурсам, мы по сути дела занимаемся непрямым использованием солнечной энергии.

Центральные солнечные электростанции.

Энергетическая башня. Древняя легенда повествует, что Архимед спас свой родной город Сиракузы с помощью солнечной энергии. Приказав тысяче солдат повернуть свои щиты к солнцу и выстроив их в линию в форме параболы, Архимед сфокусировал отраженные солнечные лучи на парусах кораблей вторгшегося флота и сжег их. Это и есть принцип действия энергетической башни: лучи солнца концентрируются в одном пункте соответственно расположенными зеркалами. Эти зеркала (гелиостаты) поворачиваются на протяжении дня, чтобы следовать за солнцем в его небесном пути. Они отражают солнечные лучи и фокусируют их на энергетической башне, где огромная концентрация энергии заставляет воду кипеть и превращаться в пар. Пар по трубам поступает в турбину на Землю, вращает ее и вырабатывает электричество.

На Крымском побережье Азовского моря построена солнечная электростанция (СЭС — 5) Мощность этой электростанции – 5000 квт.

СЭС–5 предназначена главным образом для проведения экспериментов, направленных на отработку и усовершенствование систем и режимов эксплуатации крупных СЭС башенного типа с целью разработки новой надежной, эффективной технологии. Вместе с тем, СЭС-5 вырабатывает электроэнергию и выдает ее в Крымскую энергосистему.

Ученые считают, что мощные солнечные электростанции по своей экономичности смогут стать в один ряд с современными тепловыми и атомными электростанциями.

Солнечные пруды. Солнечные пруды – еще более дешевый способ улавливать солнечную энергию. Искусственный водоем частично заполняется рассолом (очень соленой водой), поверх которого находится пресная вода. Плотность рассола гораздо выше, поэтому он остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без помех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя нижнему остывать. Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло заменены соответственно рассолом и пресной водой. Горячий раствор соли может циркулировать по трубам, отапливая помещения, или использоваться для выработки электричества; им нагревают жидкости с низкой точкой кипения, которые, испаряясь, приводит в движение турбогенераторы низкого давления. Поскольку солнечный пруд представляет собой высокоэффективный теплоаккумулятор, с его помощью можно получать энергию непрерывно.

К недостаткам всех перечисленных установок преобразования солнечной энергии относится то, что для них нужны большие площади, причем относительно недалеко (в пределах 80 км) от потребителя. Иначе потери при передаче электроэнергии будут недопустимо высоки. Правда, со временем могут появиться сверхпроводящие линии электропередач, которые решат проблему, однако в ближайшем будущем строительство энергобашен и солнечных прудов ограничивается недостатком вблизи крупных городов достаточно обширных свободных территорий. С другой стороны, солнечные батареи можно размещать на крышах зданий.

Перспективы солнечной энергетики.

Использование солнечной энергии может быть полезно в нескольких отношениях. Во-первых, при замене ею ископаемого топлива уменьшается загрязнение воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означает сокращение импорта топлива, особенно нефти. В-третьих, заменяя атомное топливо, мы снижаем угрозу распространения атомного оружия. Наконец, солнечные источники могут обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость от бесперебойного снабжения топливом.

Энергия воды.

Гидроэнергия.

Поскольку солнечное излучение – движущая сила круговорота воды в природе, энергия воды, или гидроэнергия, также относится к преобразованной энергии Солнца. Вода, которую еще в древности использовали для совершения механической работы, до сих пор остается хорошим источником энергии – теперь уже электрической – для нашей промышленной цивилизации. Энергия падающей воды, вращающей водяное колесо, служила непосредственно для размола зерна, распиливания древесины и производства тканей. Однако мельницы и лесопилки на наших реках стали исчезать, когда в восьмидесятых годах позапрошлого века началось производство электроэнергии у водопадов.

Производство электроэнергии на гидростанциях обычного типа.

Вода из водохранилища поступает вниз через длинный прямой канал, называемый напорным трубопроводом, и направляется на горизонтально вращающиеся лопасти турбины. Вертикальный вал турбины соединен с блоком генератора. На типичной станции используется много турбинно-генераторных агрегатов. Коэффициент полезного действия нередко составляет около 60-70%, т. е. 60-70% энергии падающей воды преобразуется в электрическую энергию.

Сооружение гидростанций обходится дорого, и они требуют эксплутационных расходов, но зато работают на бесплатном «топливе», которому не грозит никакая инфляция. Первоисточником энергии служит солнце, испаряющее воду из океанов, озер и рек. Водяной пар конденсируется в виде дождя, выпадающего в возвышенных местностях и стекающего вниз в моря. Гидростанции встают на пути этого стока и перехватывают энергию движущейся воды – энергию, которая иначе была

бы израсходована на перенос отложений к морю.

Региональное распределение гидроэнергетических ресурсов.

Однако гидроэнергетика не безвредна для окружающей среды. Когда течение реки замедляется, как это обычно и бывает при попадании ее вод в водохранилище, взвешенный осадок начинает опускаться на дно. Ниже водохранилища чистая вода, попавшая в реку, гораздо быстрее размывает речные берега, как бы восстанавливая тот объем осадков, который был утрачен в водохранилище. Усиление эрозии берегов ниже по течению от водохранилища – обычное явление.

Дно водохранилища покрывается осадками, принесенными из регионов, расположенных выше по течению. Этот слой осадков периодически выступает на поверхность или затопляется вновь, когда уровень водохранилища поднимается и падает в результате притока или сброса воды. Постепенно осадков накапливается столько, что если их регулярно не вычерпывать, то они начинают занимать часть полезного объема водохранилища. Это означает, что водохранилище, сооруженное для хранения запасов воды или контроля за наводнениями, постепенно утрачивает свою эффективность, если не очищать его от накапливающихся твердых осадков.

Накопление слишком большого количества осадков в водохранилище можно частично предотвратить. Эрозия и перенос осадков представляют собой естественные и непрерывные процессы, однако сельскохозяйственные работы, прокладка дорог строительство домов и вырубка лесов – все это ускоряет эрозионные процессы, обнажая почву. Тщательный контроль за состоянием почвы способствует уменьшению количества обломочного материала, уносимого потоками, и тем самым предотвращает быстрое накопление осадка в водохранилищах.

Невидимые до поры груды осадков, которые становятся видимыми лишь во время низкого стояния воды в водохранилище, — не единственная причина, по которой многие выступают против строительства плотин. Существует и другая, более важная причина: после заполнения водохранилища под водой оказываются ценные земли, которые утрачиваются навсегда. Исчезают также ценные животные и растения, причем это не только сухопутные виды; рыбы, населяющие перегороженную плотиной реку, тоже могут исчезнуть, поскольку плотина преграждает путь к местам нереста.

Существует и иные аспекты, связанные со строительством водохранилищ. В определенные периоды времени в году качество воды в водохранилище и качество воды, выпускаемой из него, может быть на редкость низким. В течение лета и осени нижние слои воды в водохранилище могут стать очень бедными кислородом. Недостаток кислорода обусловлен сочетанием двух процессов. Во-первых, неполным перемешиванием воды в водохранилище в течение лета и ранней осени. Во-вторых, бактериальным разложением отмерших растений в донных слоях водохранилища, что требует большого количества кислорода. Если эта бедная кислородом вода выпускается из водохранилища, то наносится ущерб рыбе и другим водным организмам ниже по течению.

Чтобы создать преимущество более высокой водной поверхности или более равномерного стока, фактически нет необходимости строить плотину на свободно текущей реке. Частично отводя воду верхнего течения, можно создать искусственное озеро и в стороне от реки. Такое озеро обладает преимуществом как высоты напора, так и постоянно доступного водного резерва.

Энергия приливов.

В приливах и отливах, сменяющих друг друга дважды в день, также заключена огромная энергия.

Приливы – это результат гравитационного притяжения больших масс воды океанов со стороны Луны и, в меньшей степени, Солнца. При вращении Земли часть воды океана поднимается и некоторое время удерживается в этом положении гравитационным притяжением. Когда «горб» подъема воды достигает суши, как это должно происходить вследствие вращения Земли, наступает прилив. Дальнейшее вращение Земли ослабляет воздействие Луны на эту часть океана, и прилив спадает. Приливы и отливы повторяются дважды в сутки, хотя их точное время изменяется в зависимости от сезона и положения Луны

Средняя высота прилива составляет всего лишь 0,5 м, за исключением тех случаев, когда водные массы перемещаются в относительно узких пределах. В таких случаях возникает волна, высота которой может в 10-20 раз превышать нормальную высоту приливного подъема. Каждый год наиболее высокие приливы случаются тогда, когда Луна и Солнце находятся почти на одной линии, так что суммарное гравитационное воздействие увеличивает объем перемещаемой океанской воды.

Работа приливной электростанции.

На реке построена плотина для задержки вод высокого прилива. Когда приливные воды отступают, задержанная плотиной вода выпускается в океан через грушевидные турбины под плотиной и вырабатывается электроэнергия. Однако можно вырабатывать электроэнергию как при отливе, так и при приливе.

Приливная волна задерживается позади плотины в результате открытия ряда донных затворов, что позволяет ей двигаться вверх по реке в направлении истока. Затворы закрывают тогда, когда прилив достигает наивысшего уровня, а затем, по мере отлива, воде, запертой за плотиной, позволяют стекать к морю через турбины. При низком уровне воды, т. е. при отливе, большая часть этой воды спускается. Когда приливные воды снова наступают, они оказываются перед закрытыми затворами, и уровень воды со стороны моря превышает ее уровень на стороне плотины, обращенной к суше. После того как будет достигнут достаточный напор, воде позволяют течь вверх по реке, проходя через турбины, и снова вырабатывать электричество. Таким образом, энергия вырабатывается за счет отлива, и за счет прилива.

На некоторых станциях применяется замечательная технология. В последней фазе прилива разница в уровнях воды в резервуаре за плотиной и в океане может составлять каких-нибудь два метра. В это время электроэнергия из какого-либо другого источника может быть использована для перекачивания океанской воды (с помощью турбин) в приливной бассейн. Вода накачивается на высоту лишь нескольких десятков сантиметров, поэтому не требуется много энергии. Когда приливная волна отступила, эта дополнительная вода падает с высоты 6 – 10 м, вырабатывая гораздо больше электроэнергии, чем ее было затрачено. Та же идея реализуется при отливе, но только в этом случае вода откачивается из приливного бассейна в океан. При этом уровень воды в бассейне падает ниже уровня воды в океане и поступающая приливная вода проходит большую дистанцию.

Из-за огромной стоимости этих сооружений правительства не расположены, вкладывать средства в приливную энергию. Такие станции стоят в 2,5 раза больше оценочной стоимости речной гидростанции с такой же средней выработкой энергии прежде всего из-за дополнительной стоимости защитных перемычек впереди и позади объекта. Но как только первоначальные инвестиции сделаны, выработка энергии уже не требует никакого топлива. Необходимо только техническое обслуживание системы, и поэтому стоимость энергии остается низкой.

Места, где приливы могли бы быть использованы для выработки электроэнергии, имеются во всем мире.

Приливные ресурсы в некоторых регионах.

Помимо стоимости сооружения станции, у приливной энергии есть и другие отрицательные стороны. Если приливная станция находится далеко от ближайшего крупного центра использования энергии, потребуются длинные и дорогие линии электропередачи. С другой стороны, такая передача на большие расстояния становится все более обычной по мере создания новых и более эффективных линий.

И наконец, следует упомянуть еще одну отрицательную черту приливной энергии – то, что ее выработка непостоянна. Это легко понять, если на минуту задуматься о ее природе. При обычной эксплуатации приливной энергии электричество вырабатывается только в начале отлива, т. е. тогда, когда уровень воды, запасенной в бассейне, в достаточной мере превышает ее уровень в море. По мере снижения уровня воды в бассейне выработка электроэнергии уменьшается и около нижней точки отлива падает до нуля, поскольку разность уровней исчезает. Если приливная станция оборудована реверсивными турбинами, то энергия может вырабатываться и за счет наступающего прилива, но только после того, как уровень прилива превысит в достаточной мере уровень воды позади плотины. Когда прилив достигает максимальной высоты, выработка энергии снова приближается к нулю. Таким образом, кривая выработки энергии снова приближается и падает дважды с сутки в соответствии с двумя приливными циклами.

Эта циклическая выработка энергии вряд ли будет соответствовать суточным потребностям в ней. Пиковая потребность и пиковая выработка могут иногда совпадать, так как часы обоих приливов сдвигаются по мере смены времен года, но чаще всего такого совпадения не будет. Поэтому поступление энергии в сеть должно каким-то образом регулироваться. Это означает, что выработка энергии другими, центральными, станциями должна обычно снижаться, когда темп приливной выработки достигает максимума, и возрастать, когда он падает. Фактически энергия от приливной электростанции достаточно регулярно замещает энергию, вырабатываемую с помощью других средств. Если замещается энергия, вырабатываемая станцией на угольном топливе, то экономится уголь.

Биологические и физические последствия постройки приливных электростанций.

Физические последствия. Когда мы смотрим на приливы с их устрашающей энергией, нам следует подумать о воздействии на окружающую среду приливных бассейнов. Сосредоточимся на физических изменениях, которые могут произойти с морской стороны приливной электростанции

Амплитуда прилива может увеличиваться всего лишь на 30 см, но даже такое небольшое изменение чревато серьезными последствиями. Поступающие приливные воды могут подняться на 15 см, а это способно привести к вторжению морской воды в прибрежные колодцы и создать угрозу для строений, расположенных вблизи верхней отметки прилива. Возможно ускорение береговой эрозии, а низинные участки, включая дороги, будут затопляться, когда штормы и увеличившиеся приливы объединят усилия. Береговая полоса будет практически непригодна для использования из-за более высоких приливов. Оценки площади береговой полосы, которая может быть потеряна из-за приливного затопления, колеблются от 17 до 40 квадратных километров. Конечно, местные потери зависят от крутизны склона и характера берега. Отлив, который может оказаться ниже на 15 см, способен затруднить доступ к лодкам и к воде с причалов. Увеличенная высота прилива может вызвать поступление более соленой воды в устья рек и этим изменить соотношение обитающих там водных организмов.

С увеличением амплитуды приливов возникнут усиленные приливные течения, на 5-10% более быстрые, что может привести к размыванию и переносу песчаных отмелей и к заполнению песком существующих судоходных русел, а в результате – к необходимости составления новых навигационных кар. Но в этом случае суда вскоре начнут застревать, по мере того как проходы будут изменяться из-за перемещения песка. Более быстрые течения затруднят обособление нефтяных пятен, но вместе с тем они же будут быстрее разгонять нефть.

Биологические последствия. Постройка крупной приливной электростанции может привести не только к местным биологическим последствиям. В бассейне позади приливной станции будет оказывать воздействие на важное биологическое пространство вдоль побережья океана. Эта полоса, называемая приливной зоной простирается от точки наивысшего прилива (или брызг от приливных волн) до нижней точки, обнажающейся при отливе. (Обе эти границы несколько смещаются со сменой времен года.)

В этой зоне биологические сообщества состоят, во-первых, из организмов, проводящих здесь свое время или большую часть его часть. На песчаных берегах обитают роющие сообщества, такие, как крабы, креветки, черви и некоторые двустворчатые моллюски, а на скалистых – организмы, прикрепленные к скалам (мидии, устрицы, морские желуди, крупные водоросли). В воде приливной зоны имеется еще один набор организмов — фитопланктон. Это диатомовые водоросли, перидинеи; они приносятся и уносятся с водой приливов.

Приливная энергия способна изменить относительный баланс между видами, составляющими сообщества приливной зоны. Нам совсем не ясно, как личиночные стадии морских видов смогут переносить проход через турбину. Больше того, возможно, что такие вредные организмы, как перидинеи, вызывающие «красный прилив» (такие приливы приводят к гибели рыбы и иногда делающих мясо моллюсков ядовитым для людей), окажутся в благоприятном положении, а размножение желательных видов, таких, как крабы или устрицы, может пострадать. Кроме того, мы не знаем неверное, что ускорится в результате постройки станций – эрозия или отложение осадочных материалов.

Появление приливной электростанции может не только повлиять на местные сообщества, но и причинить вред мигрирующим видам. Проход через турбины электростанции вряд ли принесет этим видам пользу. Для перекрытия входа могут быть использованы сетки, но годность лестничных рыбоходов в качестве обходного пути все еще остается под вопросом. Перелетные птицы, кормящиеся на соленых маршах, такие, как песочники и ржанки, вероятно, будут находить меньше пищи в приливном бассейна позади электростанции из-за гибели организмов при проходе через турбину. Всё это локальные последствия, но область их влияния может оказать более обширной.

Отдаленные биологические последствия при использовании приливной энергии будут обусловлены усилением приливных течений в результате увеличения амплитуды приливов. Более мощные приливные течения будут нарушать температурную стратификацию воды, перемешивая слои с разной температурой. Нижележащие холодные слои наиболее богаты питательными веществами, которые постепенно оседают на дно. Поэтому с более холодной водой в поверхностные слои будет поступать больше питательных веществ. Летняя температура воздуха и воды может понизиться в среднем на 1 градус, и вероятным следствием этого будет усиление туманов и морских ветров, а биологическая продуктивность, по-видимому, увеличится. Обилие водорослей и зоопланктона, скорее всего, возрастет, так же как и численность питающихся ими организмов, но мы недостаточно осведомлены, чтобы знать, каким конкретно видам это пойдет на пользу, а каким – во вред. Биологические неясности, связанные со строительством станций на приливной энергии, пока действительно очень велики.

Энергия ветра.

В поисках альтернативных источников энергии во многих странах немалое влияние уделяют ветроэнергетике. Ветер служил человечеству на протяжении тысячелетий, обеспечивая энергию для парусных судов, для размола зерна и перекачивания воды. В настоящее время главное место занимает выработка электроэнергии. Уже сегодня в Дании ветроэнергетика покрывает около 2% потребностей страны в электроэнергии. В США на нескольких станциях работает около 17 тысяч ветроагрегатов общей мощностью до 1500 МВт. Ветроэнергетические устройства выпускаются не только в США и Дании, но и Великобритании, Канаде, Японии и некоторых других странах.

Для того чтобы строительство ветроэлектростанции оказалось экономически оправданным, необходимо, чтобы среднегодовая скорость ветра в данном районе составляла не менее 6 метров в секунду. В нашей стране ветряки можно строить на побережьях черного, Балтийского и Каспийского морей, в Нижнем Поволжье или на юге Западной Сибири, в Центральном Черноземном районе. Но самой большой ветропотенциал имеют побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов, в том числе Ямал, Таймыр, Камчатка, Чукотка и близлежащие острова. В нынешнюю эпоху высоких цен на топливо можно думать, что ветродвигатели окажутся конкурентоспособными по стоимости и смогут участвовать в удовлетворении энергетических нужд страны.

Конструкция ветродвигателей.

Ветродвигатель вырабатывает энергию, когда ветер давит на его лопасти. Чем длиннее лопасть, тем больше ветровой энергии она может перехватить. Точно также, чем больше скорость ветра, тем больше его давление на лопасти и тем больше количество перехватываемой энергии.

Выход энергии не находится в линейной зависимости от длины лопасти и от скорости ветра: он растет пропорционально квадрату длины лопасти и кубу скорости ветра.

Обратим внимание на то, что при скорости ветра 33 километра в час удлинение лопасти в 4 раза (с15 до 60 м) увеличивает выработку энергии в 16 раз. Заметим также, что при длине лопасти 30 м ветер со скоростью 50 километров в час обеспечивает выработку электроэнергии, в 26 раз большую, чем ветер со скоростью 17 километров в час. Именно поэтому инженеры склоняются в пользу крупных ветродвигателей и стремятся перехватить ветер на большой высоте.

Большинство крупных ветродвигателей, сооружаемых сейчас или уже действующих, рассчитано на работу при скоростях ветра 17 – 58 километров в час. Ветер со скоростью меньше 17 километров в час дает мало полезной энергии, а при скоростях более 58 километров в час возможно повреждение двигателя.

Ветродвигатели не следует рассчитывать на перехват штормовых ветров. Даже если такой ветер обеспечивает получение намного больше энергии, чем слабые ветры, он производит столь сильное давление на лопасти, что вся машина может быть разрушена. Кроме того, продолжительность времени, когда дуют штормовые ветры, настолько мала, что вклад штормовых ветров в суммарную выработку энергии ничтожен, и это делает подобный риск бессмысленным. Чтобы устранить проблему штормовых ветров, лопасти ветродвигателей изгибают так, чтобы они были слегка повернуты в одну сторону для уменьшения напора ветра; благодаря этому полные удары сильных порывов не повреждают пропеллер. Эта старая практика известна как «оперение». Чтобы предотвратить поломку лопастей, применяют также новые материалы, способные противостоять большим нагрузкам.

Другие проблемы в конструкции ветродвигателей обусловлены просто природой системы, необходимой для перехватки энергии ветра. Двигатели обычно устанавливают на высоких башнях, чтобы лопасти были открыты более сильным ветрам, дующим на большой высоте. Ближе к поверхности дома, деревья, небольшие холмы и т. п. Сдерживают и ослабляют ветер. Поэтому нужны высокие мачты. Однако тяжелое оборудование – пропеллер, коробка передач и генератор – должно размещаться на верхушке мачты, и это требует прочной конструкции.

Еще одну проблему использования энергии от ветродвигателя создает природа самого ветра. Скорость ветра варьирует в широких пределах – от легкого дуновения до мощных порывов; в связи с этим меняется и число оборотов генератора в секунду. Для устранения этого переменный ток, вырабатываемый при вращении оси, выпрямляют, т. е. преобразуют в постоянный, идущий в одном направлении. При больших размерах ветродвигателя этот постоянный ток поступает в электронный преобразователь, который производит стабильный переменный ток, пригодный для подачи в энергетическую систему. Небольшие ветродвигатели вроде тех, что используют на изолированных фермах или на морских островах, подает выпрямленный ток в большие аккумуляторный батареи вместо преобразователя. Аккумуляторные батареи совершенно необходимы для запасания электроэнергии на периоды, когда ветер слишком слаб для выработки какой-либо энергии.

Более трудна проблема регулирования всей системы электростанций. Также как на приливных станций, здесь бывают периоды, когда генераторы вырабатывают мало энергии или совсем ее не производят. В такое время необходимо где-то увеличить выработку тока обычной электростанцией, чтобы покрыть потребность в нем.

Проблемы окружающей среды.

Вызывает ли ветровая энергетика загрязнение воздуха? Нет. Требует ли она воды для охлаждения и не вызывает ли теплового загрязнения? Нет. Потребляет ли она топливо? Нет. Но она производит шум, требует земельной площади и материалов для конструкций. Она также оказывает визуальное воздействие, но опоры линий дальней электропередачи имеют высоту, близкую к высоте самого ветродвигателя из числа ныне разрабатываемых, а градирни бывают еще выше.

Имеется еще один вид воздействия ветровой энергетики. Большие ветродвигатели вращаются со скоростью около 30 оборотов в секунду. Это близко к частоте синхронизации телевидения. Поэтому крупные ветродвигатели могут мешать приему передач на расстоянии до 1,6 км. При использовании лопастей из стекловолокна, которые оказались дешевле металлических, расстояние помех уменьшается примерно вдвое. Но так дело обстоит лишь с большими ветродвигателями, и можно ожидать, что это не будет проблемой для меньших двигателей.

Лопасти ветродвигателей могут убить птиц, но трудно предсказать, в каких масштабах это будет происходить.

Несомненно, какой-то ущерб окружающей среде может наноситься также добычей руды, изготовлением аккумуляторных батарей и гораздо большим количеством проводов и линий передачи, необходимых для сбора электроэнергии от многочисленных ее источников. Но в целом, если мы учтем все затраты на охрану среды, они окажутся очень малыми.

Итак, обзор различных альтернативных источников энергии показывает, что на пороге широкомасштабного промышленного внедрения находятся ветротурбины и солнечные батареи. Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда на решение встающих энергетических проблем; таким образом, строительство новых атомных и тепловых электростанций вовсе не обязательно. Однако их придется еще какое-то время сохранить в качестве резервных для стабильного энергообеспечения. Что же касается отдаленного будущего, то в первую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатываемой солнечными и ветровыми станциями.

С точки зрения окружающей среды и устойчивого развития эти альтернативные источники электричества вполне надежны. К сожалению, они никак не решают проблему сокращения запасов сырой нефти, которая по-прежнему необходима для транспорта.

Пассивные солнечные нагревательные системы весьма рентабельны, и имеет смысл включать их в проекты всех новых зданий. Однако, пока еще существующие и используемые здания не изменятся, потребление традиционных энергоресурсов не снизится; в лучшем случае замедлится его рост. Действительно сократить их использование могло бы повсеместное улучшение теплоизоляции зданий и установка в низ «задним числом» солнечных систем отопления и водонагрева. В таком случае появится возможность перебросить часть мазута, потребляемого в бытовых целях, на нужды транспорта. Однако в самом благоприятном случае проблемы будущего дефицита сырой нефти, необходимой для производства, автомобильного горючего.

Поэтому нужно сосредоточить основное внимание на транспортном секторе.

Что Вы можете сделать?

Хорошо информированные и активные граждане могут многое сделать для поддержки и развития более сбалансированной и экологически устойчивой политики. Кроме того, необходимо писать в соответствующие органы, требуя, чтобы они поддержали следующие мероприятия:

— финансирование в первую очередь не ядерной энергетики, а исследований и технических разработок в области использования солнечной энергии для получения водорода, дешевого производства солнечных батарей и легких, недорогих аккумуляторов с высокой емкостью;

— перераспределение ассигнований идущих на прокладку автострад (только стимулирующих потребление топлива), на строительство рельсовых электротранспортных систем;

— возобновление экономического стимулирования энергосбережения и использования солнечных нагревательных систем; вкладывая деньги в эти перспективные направления, мы в конечном счете добьемся большей экономической и политической безопасности, чем тратя средства на охрану танкеров с нефтью.

Заметьте, что ни одно из этих мероприятий не требует дополнительных расходов; речь идет только о смене приоритетов, которая могла бы привести нас к устойчивому обществу.

Изучайте и применяйте на практике любые средства, позволяющие экономить в Вашем собственном доме (разумеется, не приводящие к дискомфорту), улучшая его теплоизоляцию и внедряя, где это только возможно, солнечные системы отопления и горячего водоснабжения.

Наконец, чтобы защитить себя в будущем нефтяных кризисов, постарайтесь поселиться в таком месте, где пользоваться автомобилем необязательно.

Я выбрала эту тему, так как она кажется, на мой взгляд, очень интересной. Я считаю, что за альтернативными источниками энергии стоит будущее. А уже сейчас мы должны думать, какую планету мы оставим своим потомкам. Я не думаю, чтобы людям на Земле было все равно в какой среде будут расти их дети и внуки. Так объединим же усилия для борьбы за чистую планету, за чистый воздух, за чистую воду!

План реферата.

1. Введение.

2. Альтернативные источники энергии:

1. солнечная энергия;

2. энергия воды:

а) гидроэнергия;

б) энергия приливов;

3. энергия ветра;

3. Что мы можем сделать?

Список используемой литературы:

1.П. Ревелль, Ч. Ревелль «Энергетические проблемы человечества», издательство «Мир»,1995

2. П. Ревелль, Ч. Ревелль «Загрязнение воды и воздуха», издательство «Мир», 1995

3. Б. Небел «Наука об окружающей среде», издательство «Мир», 1993г

4. «Крымская солнечная электростанция», Внешторгиздат

5.Журнал «Наука и жизнь», издательство «Правда», 1989г.

www.ronl.ru

Реферат - Энергетика и экология

Контрольная работа по курсу «Природопользование»

Академия труда и социальных отношений

Финансовый факультет

Специальность «Бухгалтерский учет и аудит»

Основные концепции надежности и экологической безопасностиобъектов энергетики.

Анализперспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещенииприоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствийвлияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровьенаселения.

Энергетическиеобъекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики вчастности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболееинтенсивно воздействующих на биосферу.

Увеличениенапоров и объемов водохранилищ гидроузлов, продолжение использованиятрадиционных видов топлива (уголь, нефть, газ), строительство АЭС и другихпредприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) выдвигают ряд принципиально важныхзадач глобального характера по оценке влияния энергетики на биосферу Земли.Если в предыдущие периоды выбор способов получения электрической и тепловойэнергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства,транспорта и др. и назначение основных параметров объектов (тип и мощностьстанции, объем водохранилища и др.) проводились в первую очередь на основеминимизации экономических затрат, то в настоящее время на первый план все болеевыдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатацииобъектов энергетики.

Это,прежде всего, относится к ядерной энергетике (АЭС и другие предприятия ЯТЦ),крупным гидроузлам, энергокомплексам, предприятиям, связанным с добычей итранспортом нефти и газа и т.п. Тенденции и темпы развития энергетики сейчас взначительной степени определяются уровнем надежности и безопасности (в томчисле экологической) электростанций разного типа. К этим аспектам развитияэнергетики привлечено внимание специалистов и широкой общественности,вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы, однако самаконцепция надежности и безопасности потенциально опасных инженерных объектовостается во многом мало разработанной.

Развитиеэнергетического производства, по-видимому, следует рассматривать как один изаспектов современного этапа развития техносферы вообще (и энергетики вчастности) и учитывать при разработке методов оценки и средств обеспечениянадежности и экологической безопасности наиболее потенциально опасныхтехнологий.

Одноиз важнейших направлений решения проблемы – принятие комплекса технических иорганизационных решений на основе концепций теории риска.

Объектыэнергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности,представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего временипрактически количественно не учитываемого риска для населения и окружающейсреды. Под надежностью объекта понимается его способность выполнять своифункции (в данном случае – выработка электро- и тепловой энергии) в заданныхусловиях эксплуатации в течение срока службы. Или наиболее подробно: свойствообъекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров,характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах иусловиях применения.

Подэкологической безопасностью понимается сохранение в регламентируемых пределахвозможных отрицательных последствий воздействия объектов энергетики наприродную среду. Регламентация этих негативных последствий связана с тем, чтонельзя добиться полного исключения экологического ущерба.

Отрицательныепоследствия воздействия энергетики на окружающую среду следует ограничиватьнекоторым минимальным уровнем, например, социально-приемлемым допустимымуровнем. Должны работать экономические механизмы, реализующие компромисс междукачеством среды обитания и социально-экономическими условиями жизни населения.Социально-приемлемый риск зависит от многих факторов, в частности, отособенностей объекта энергетики.

Всилу специфики технологии использования водной энергии гидроэнергетическиеобъекты преобразуют природные процессы на весьма длительные сроки. Например,водохранилище ГЭС (или система водохранилищ в случае каскада ГЭС) можетсуществовать десятки и сотни лет, при этом на месте естественного водотокавозникает техногенный объект с искусственным регулированием природных процессов- природно-техническая система (ПТС). В данном случае задача сводится кформированию такой ПТС, которая обеспечивала бы надежное и экологическибезопасное формирование комплекса. При этом соотношение между основнымиподсистемами ПТС (техногенным объектом и природной средой) может бытьсущественно различным в зависимости от выбранных приоритетов – технических,экологических, социально-экономических и др., а принцип экологическойбезопасности может формулироваться, например, как поддержание некоторогоустойчивого состояния создаваемой ПТС.

Другойоказывается постановка задачи оценки возможных последствий для окружающей средыпри создании объектов ядерной энергетики. Здесь под экологической безопасностьюпонимается концепция, согласно которой при проектировании, строительстве,эксплуатации и снятии с эксплуатации АЭС, а также других объектов ЯТЦпредусматривается и обеспечивается сохранение региональных экосистем. При этомдопускается некоторый экологический ущерб, риск которого не превосходитопределенного (нормируемого) уровня. Этот риск минимален в период штатнойэксплуатации АЭС, возрастает при возведении объекта и снятии его с эксплуатациии, особенно – в аварийных ситуациях. Необходимо учитывать влияние на окружающуюсреду всех основных факторов техногенного воздействия: радиационного,химического теплового (с учетом их возможного нелинейного взаимодействия).Следует иметь в виду и различные масштабы возможных последствий: локальный(тепловое пятно сброса подогретых вод в водоемы и водотоки), региональный(выброс радионуклидов), глобальный (рассеяние долгоживущих радионуклидов побиосферным каналам). Если же создается крупное водохранилище-охладитель, то,как в случае гидроэнергетического объекта, должна ставиться задача обэкологически безопасном функционировании сложной ПТС (с учетом отмеченнойспецифики АЭС).

Аналогичныйкруг вопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологическойбезопасности объектов теплоэнергетики: учет теплового и химического воздействияна окружающую среду, влияние водоемов-охладителей и т.п. Кроме того, длякрупных ТЭС на твердом топливе (уголь, сланцы) возникают проблемы надежной ибезопасной эксплуатации золоотвалов – сложных и ответственных грунтовыхгидросооружений. И здесь надо ставить задачу о безопасном функционировании ПТС«ТЭС – окружающая среда».

Какоевлияние оказывает на характер вредных выбросов в атмосферу вид топлива,используемый на тепловых электростанциях.

Вкачестве топлива на тепловых электростанциях используют уголь, нефть и нефтепродукты,природный газ и реже древесину и торф. Основными компонентами горючихматериалов являются углерод, водород и кислород, в меньших количествахсодержится сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чащевсего оксиды и сульфиды).

Втепло энергетике источником массированных атмосферных выбросов икрупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия иустановки паросилового хозяйства, т.е. любые предприятия, работа которыхсвязана с сжиганием топлива. В состав отходящих дымовых газов входят диоксидуглерода, диоксид и триоксид серы и ряд других компонентов, поступление которыхв воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентамбиосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту инаселению городов.

Нарядус газообразными выбросами теплоэнергетика является «производителем» огромныхмасс твердых отходов; к ним относятся хвосты углеобогащения, золы и шлаки.

Отходыуглеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO², 22-26% Al²O³, 5-12% Fe²O³, 0,5-1% CaO,4-4,5% K²O и Na²O и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, «дымят» и резкоухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий.

Жизньна земле возникла в условия восстановительной атмосферы и только значительнопозже, спустя примерно 2 млрд. лет, биота постепенно преобразовалавосстановительную атмосферу в окислительную. При этом биота предварительновывела из атмосферы различные вещества, в частности углекислый газ, образовавогромные залежи известняков и других углеродосодержащих соединений.

Сейчаснаша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов,в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях полученияэнергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год в мире было сожжено 450 млрд. баррелейнефти, 90 млрд. т угля, 11 трлн.куб.м газа.

Выбросыв атмосферу электростанцией мощностью 1000МВт в год (в тоннах).

Основнуючасть выброса занимает углекислый газ – порядка 1 млн.т в пересчете на углерод1 Мт. Со сточными водами тепловой электростанции ежегодно удаляется 66 торганики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 твзвешенных частиц. Зола электростанций часто содержит повышенные концентрациитяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ. Для электростанции работающейна угле требуется 3,6 млн.т угля, 150 куб.м воды и около 30 млрд. куб.м воздухаежегодно. В приведенных цифрах не учтены нарушения окружающей среды, связанныес добычей и транспортировкой угля.

Еслиучесть, что подобная электростанция активно работает несколько десятилетий, тоее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последнийобычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количества разово, тоэлектростанция делает это постоянно. За весь голоцен (10-12 тыс. лет)вулканическая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно повлиять на составатмосферы, а хозяйственная деятельность человека за какие-то 100-200 летобусловила такие изменения, причем в основном за счет сжигания ископаемоготоплива и выбросов парниковых газов разрушенными и деформированнымиэкосистемами.

Коэффициентполезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%,большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или инымспособом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т.е. помимохимического в биосферу поступает тепловое загрязнение.

Загрязнениеи отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазыраспределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой –региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, новсе же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основныхглобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопленияизменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числепарниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практическиотсутствовали – хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители имеющие высокийпарниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экранастратосферы.

Влияние водохранилищ и гидроэлектростанций на природнуюсреду.

Обострениеэкологической ситуации, как в мире, так и в нашей стране, к началу 90-х годовпослужило поводом для возобновления дискуссий по проблемам экологии вгидроэнергетике, отличающейся большой агрессивностью. В нашей стране принципыприоритета охраны окружающей среды были признаны на Всесоюзномнаучно-техническом совещании «Будущее гидроэнергетики. Основные направлениясоздания гидроэлектростанций нового поколения» (1991 г.).

Наиболеерезко прозвучали вопросы создания высоконапорных ГЭС с крупными водохранилищами,затопления земель, качества воды. Сохранения флоры и фауны.

Из-забольшой площади зеркал водохранилищ наиболее крупных ГЭС России(Саяно-Шушенская, Красноярская, Усть-Илимская) ущерб наносимый природезначителен. Наиболее значимым фактором воздействия крупных гидроэлектростанцийна экосистему водосброса является создание водохранилищ и затопление земель.Это вызывает изменение видового состава, численности биомассы растений,животных, формирование новых биоценозов.

Эффективнымспособом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС вкаскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркалаводохранилищ. Несмотря на снижение энергетических показателей и уменьшениерегулирующих возможностей возрастания стоимости, низко напорные гидроузлы,обеспечивающие минимальные затопления земель, лежат в основе всех современныхразработок.

Ещеодна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества воднойсреды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологическими процессамипроизводства электроэнергии на ГЭС (объемы загрязнений, поступающие со сточнымиводами ГЭС, составляют ничтожно малую долю в общей массе загрязненийхозяйственного комплекса), а низкое качество санитарно-технических работ присоздании водохранилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты.

Вводохранилищах задерживается большая часть питательных веществ, приносимыхреками. В теплую погоду водоросли способны массами размножаться в поверхностныхслоях обогащенного питательными веществами, или эвтрофного, водохранилища. Входе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища ипроизводят большое количество кислорода. Отмершие водоросли придают воденеприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыхулюдей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, «цветение»водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах стран СНГ делает их водунепригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд.

Впервые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много разложившейсярастительности, а «новый» грунт может резко снизить уровень кислородав воде. Гниение органических веществ может привести к выделению огромногоколичества парниковых газов — метана и двуокиси углерода.

Водохранилищачасто «созревают» десятилетиями или дольше, а в тропиках этот процессдлится столетиями — пока разложится большая часть всей органики.

Очистказатопляемой зоны от растительности смягчила бы проблему, но поскольку онатрудна и дорога, очистку проводят лишь частично.

Самыйизвестный пример масштабного затопления леса — плотина Брокопондо в Суринаме(Ю. Америка), затопившая 1500 кв. км тропического леса — 1% территории страны.Разложение органического вещества в этом мелководном бассейне лишило его воду кислородаи вызвало мощное выделение сероводорода, зловонного газа, способствующегокоррозии. Работники дамбы еще 2 года спустя после заполнения водохранилища в1964 году носили маски. А стоимость ущерба, нанесенного турбин закисленнойводой, составила более 7 процентов общей стоимости проекта.

Вто же время опят эксплуатации водохранилищ показал, что вследствие увеличениявремени пребывания воды в водоеме общий эффект самоочищения в них в большинствеслучаев выше, чем в реках. Водохранилища существенно сглаживают амплитудуколебания показателей качества воды. Резко снижают их пиковые значения.

Есливопрос о положительном или отрицательном влиянии водохранилищ на качество водыдо сих пор остается спорным, то негативное влияние неочищенных стоков,бесспорно. Большие объемы воды и высокий эффект самоочищения в водохранилищахпобуждают к строительству предприятий без должной очистки стоков, чтопревращает водохранилища в огромные отстойники сточных вод.

Кромезагрязнения объективным показателем качества является состояние обитающих вводе живых организмов. Наиболее тесно связаны с водными массами планктонныеорганизмы. При транзите через зарегулированный поток с каскадами водохранилищпланктонные сообщества (ценозы) претерпевают сложные изменения, обусловленные поочереднымпопаданием планктонных организмов то в озерные условия (верхний бьеф), то вречные (нижний бьеф). В условиях верхнего бьефа формируется планктобиоценозозерного типа, а в условиях нижнего – речного. Эти плактоценозы отличаютсяобъемами продуцируемого органического вещества, плотностью и биомассойорганизмов, видовым составом и другими показателями. Как правило, организмысообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условияхтечение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные видыорганизмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехническиесооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергаетсяразрушению.

Ивсе же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует отметить жизнесберегающуюфункцию ГЭС. Так выработка каждого млрд.кВт*ч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭСприводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел/год.

Атомные электростанции и экологические проблемы,возникающие при их эксплуатации.

Сконца 1960-х годов начинается бум ядерной энергетики. В это время возникло, покрайней мере, две иллюзии, связанных с ядерной энергетикой. Считалось, чтоэнергетические ядерные реакторы достаточно безопасны, а системы слежения иконтроля, защитные экраны и обученный персонал гарантируют их безаварийнуюработу, а также считалось, что ядерная энергетика является «экологическичистой», т.к. обеспечивает снижение выброса парниковых газов при замещенииэнергетических установок, работающих на ископаемом топливе.

Иллюзияо безопасности ядерной энергетики была разрушена после нескольких большихаварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа начернобыльской АЭС. Катастрофа в Чернобыле показала, что потери при аварии наядерном энергетическом реакторе на несколько порядков превышают потери приаварии на энергетической установке такой же мощности, использующей ископаемоетопливо. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, чтонаселение ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды,растительный покров оказались радиоактивно зараженными на многие десятилетия.При этом в отношении чернобыльского выброса многое остается неизвестным, и рискздоровью населения от аварийных выбросов этой АЭС существенно занижен, т.к. вбольшинстве стран СНГ отсутствует хорошая медицинская статистика. Рядомисследователей США было установлено, что с мая по август 1986 года, наблюдалсязначительный рост общего числа смертей среди населения, высокая младенческаясмертность, а также пониженная рождаемость, связанные не исключено с высокойконцентрацией радиоактивного йода-131 из чернобыльского облака, накрывшего США.

Зачетыре летних месяца возросло количество смертей от пневмонии, разных видовинфекционных заболеваний, СПИДа по сравнению со средним числом смертей за этотпериод в 1983-85 годах. Все это с высокой статистически достовернойвероятностью связано с поражением иммунной системы чернобыльскими выбросами.

Такойже точной статистики нет и для большинства других стран, исключая Германию. Наюге Германии, где чернобыльские выпадения были особенно интенсивными,младенческая смертность возросла на 35%.

Однакоопасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Дажебез них около 250 радиоактивных изотопов попадают в окружающую среду врезультате работы ядерных реакторов. Эти радиоактивные частицы вместе с водой,пылью, пищей и воздухом попадают в организмы людей, животных, вызывая раковыезаболевания, дефекты при рождении, снижение уровня иммунной системы иувеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерныхустановок.

Департаментобщественного здравоохранения штата Массачусетс с 1990 года установил, что улюдей, живущих и работающих в двадцатимильной зоне АЭС «Пилигрим», около городаПлимут, в 4 раза выше заболеваемость лейкемией, чем ожидалось. Статистическизаметное увеличение случаев заболеваний лейкемией и раком обнаружено вокрестностях АЭС «Троян» в городе Портленд, штат Орегон. Заболеваемостьлейкемией детей в поселке около британского ядерного центра в Селлафилде в 10раз выше, чем в среднем по стране, и, несомненно, связана с его работой. Этостало известно в 1990 году, а недавно официально подтверждено Британскимкомитетом по радиологии.

Дажекогда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количестворадиоактивных изотопов инертных газов. Также как радиоактивный йодконцентрируется в щитовидной железе, вызывая ее поражение, радиоизотопыинертных газов, в 70-е годы считавшиеся абсолютно безвредными для всего живого,накапливаются в некоторых клеточных структурах растений хлоропластах,митохондриях и клеточных мембранах. После установления этого факта, остаетсяслово «инертные» всегда употреблять в кавычках, поскольку, конечно же, ониоказывают серьезное влияние на процессы жизнедеятельности растений.

Радиоизотопы«инертных» газов вызывают и такой феномен как столбы ионизированного воздуха(свечки) над АЭС. Эти образования могут наблюдаться с помощью обыкновенныхрадиолокаторов на расстоянии в сотни километров от любой АЭС. Кто сможет утверждать,что все это никак не сказывается на состоянии и качестве окружающей среды, намиграционных путях птиц и летучих мышей, на поведении насекомых?

Однимиз основных выбрасываемых инертных газов является криптон-85 бета-излучатель.Уже сейчас ясна его роль в изменении электропроводности атмосферы. Количествокриптона-85 в атмосфере (в основном за счет работы АЭС) увеличивается на 5 % вгод. Уже сейчас количество криптона-85 в атмосфере в миллионы раз (!) выше, чемдо начала атомной эры. Этот газ в атмосфере ведет себя как тепличный газ, вносятем самым вклад в антропогенное изменение климата Земли.

Нельзяне упомянуть и проблему другого бета-излучателя, образующегося при всякойнормальной работе АЭС, трития, или радиоактивного водорода. Доказано, что онлегко связывается с протоплазмой живых клеток и тысячекратно накапливается впищевых цепочках. Кроме того, надо добавить загрязнение тритием грунтовых водпрактически вокруг всех АЭС. Ничего хорошего от замещения части молекул воды вживых организмах тритием ждать не приходиться. Когда тритий распадается (периодполураспада 12,3 года), он превращается в гелий и испускает сильноебета-излучение. Эта трансмутация особенно опасна для живых организмов, так какможет поражать генетический аппарат клеток.

Ещеодин радиоактивный газ, не улавливаемый никакими фильтрами и в большихколичествах производимый всякой АЭС, углерод-14. Есть основания предполагать,что накопление углерода-14 в атмосфере ведет к резкому замедлению ростадеревьев. Такое необъяснимое замедление роста деревьев, по заключению рядалесоводов, наблюдается, чуть ли не повсеместно на Земле. Сейчас в составеатмосферы количество углерода-14 увеличено на 25% по сравнению с до атомнойэрой.

Ноглавная опасность от работающих АЭС — загрязнение биосферы плутонием. На Землебыло не более 50 кг этого сверхтоксичного элемента до начала его производствачеловеком в 1941 году. Сейчас глобальное загрязнение плутонием принимаеткатастрофические размеры: атомные реакторы мира произвели уже много сотен тоннплутония – количество более чем достаточное для смертельного отравления всехживущих на планете людей. Плутоний крайне летуч: стоит пронести образец черезкомнату, как допустимое содержание плутония в воздухе будет превышено. У негонизкая температура плавления – всего 640 градусов по Цельсию. Он способен ксамовозгоранию при наличии кислорода.

Обычно,когда говорят о радиационном загрязнении, имеют в виду гамма-излучение, легкоулавливаемое счетчиками Гейгера и дозиметрами на их основе. В то же время естьнемало бета-излучателей (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 130).Существующими массовыми приборами они измеряются недостаточно надежно. Ещетруднее быстро и достоверно определять содержание плутония, поэтому еслидозиметр не щелкает, это еще не означает радиационной безопасности, это говоритлишь о том, что нет опасного уровня гамма-радиации.

Наконец,важнейшей причиной экологической опасности ядерной энергетики и ядернойпромышленности в целом является проблема радиоактивных отходов, которая так и остаетсянерешенной. На 424 гражданских ядерных энергетических реакторах, работающих вовсем мире, ежегодно образуется большое количество низко-, средне- ивысокорадиоактивных отходов. К этой проблеме отходов прямо примыкает проблемавывода выработавших свой ресурс реакторов.

Радиоактивноезагрязнение сопровождает все звенья сложного хозяйства ядерной энергетики:добычу и переработку урана, работу АЭС, хранение и регенерацию топлива. Этоделает атомную энергетику экологически безнадежно грязной. С каждым десятилетиемоткрываются все новые опасности, связанные с работой АЭС. Есть все основаниясчитать, что и далее будут выявляться новые данные об опасностях, исходящих отАЭС.

Список литературы

 «Надежностьи экологическая безопасность гидроэнергетических установок» Львов Л.В.; ФедоровМ.П.; Шульман С.Г. Санкт-Петербург 1999г.

«Экологияи охрана биосферы при химическом загрязнении» Лозановская И.Н.; Орлов Д.С.;Садовникова Л.К. Москва 1998г.

«Экологическиепроблемы. Что происходит, кто виноват и что делать?» под редакциейДанилова-Данильяна В.И. Москва 1997г.

Статья«Ядерная мифология конца 20 века» А.В.Яблоков «Новый мир» 1995г.

Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта study.online.ks.ua/

www.ronl.ru

Реферат - Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду

Реферат по биологии и экологии

по теме:

«Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду».

Москва 2002 год.

Использование любого вида энергии и производство электроэнергии сопровождается образованием многих загрязнителей воды и воздуха. Перечень таких загрязнителей удивительно длинен, а их количества чрезвычайно огромны. Вполне естественно возникает вопрос, всегда ли использование энергии и производство электроэнергии должно сопровождаться разрушением окружающей среды. И если правда, что любой вид человеческой деятельности неизбежно оказывает вредное воздействие на природу, то степень этого вреда различна. Мы не можем не влиять на среду, в которой живем, поскольку для поддержания жизненных процессов как таковых необходимо поглощать и использовать энергию.

Человек, безусловно, оказывает влияние на окружающую его среду, однако в природе существуют естественные уравновешивающие механизмы, которые поддерживают среду и обитающие в ней сообщества в состоянии равновесия, когда все изменения происходят достаточно медленно. Тем не менее во многих случаях хозяйственная деятельность человека нарушает равновесие, создаваемое этими механизмами, что приводит к быстрым изменениям условий окружающей среды, с которыми ни человек, ни природа не могут успешно справиться. Традиционное производство энергии, дающее огромные количества загрязнителей воды и воздуха, — один из видов такой деятельности человека.

В моей работе я хочу рассмотреть получение электроэнергии за счет природных источников, таких, как падающая вода, ветер и энергия Солнца.

Эти способы получения электроэнергии представляются более мягкими в смысле воздействия на окружающую среду, чем сжигание ископаемого топлива или расщепления ядерного урана. Кроме того, все перечисленные выше источники энергии возобновляемы, т. е. практически они доступны всегда и везде.

Удивительно, что всего двести лет назад человечество помимо энергии самого человека и животных располагало только тремя видами энергии. И источником этих всех трех видов энергии было Солнце. Энергия ветра вращала крылья ветряных мельниц, на которых мололи зерно или ткали. Для того чтобы можно было воспользоваться энергией воды, необходимо, чтобы вода бежала вниз к морю от вышерасположенного истока, где река наполняется за счет выпадающих дождей.

За последнее десятилетие интерес к этим источникам энергии постоянно возрастает, поскольку во многих отношениях они неограниченны. По мере того как поставки топлива становятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся все более привлекательными и более экономичными. Повышение цен на нефть и газ послужило главной причиной того, что мы вновь обратили свое внимание на воду, ветер и Солнце.

Солнечная энергия.

Солнечная энергия – это кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате реакций в недрах Солнца. Поскольку её запасы практически неистощимы (астрономы подсчитали, что Солнце будет «гореть» еще несколько миллионов лет), ее относят к возобновляемым энергоресурсам. В естественных экосистемах лишь небольшая часть солнечной энергии поглощается хлорофиллом, содержащимся в листьях растений, и используется для фотосинтеза, т. е. образования органического вещества из углекислого газа и воды. Таким образом, она улавливается и запасается в виде потенциальной энергии органических веществ. За счет их разложения удовлетворяются энергетические потребности всех остальных компонентов экосистем.

Посчитано, что примерно такого же процента солнечной энергии вполне достаточно для обеспечения нужд транспорта, промышленности и нашего быта не только сейчас, но и в обозримом будущем. Более того, вне зависимости от того, будем мы ее использовать или нет, на энергетическом балансе Земли и состоянии биосферы это никак не отразится.

Однако солнечная энергия падает на всю поверхность Земли, нигде не достигая особой интенсивности. Потому ее нужно уловить на сравнительно большой площади, сконцентрировать и превратить в такую форму, которую можно использовать для промышленных, бытовых и транспортных нужд. Кроме того надо уметь запасать солнечную энергию, чтобы поддерживать энергоснабжение и ночью, и пасмурные дни. Перечисленные трудности и затраты, необходимые для преодоления, привели к мнению о непрактичности этого энергоресурса по крайней мере сегодня. Однако во многих случаях проблема преувеличивается. Главное – использовать солнечную энергию так, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю. По мере совершенствования технологий и дорожания традиционных энергоресурсов эта энергия будет находить все новые области применения.

Световое излучение можно улавливать непосредственно, когда оно достигает Земли. Это называется прямым использованием солнечной энергии. Кроме того, она обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органического вещества в биосфере. Значит, обращаясь к этим энергоресурсам, мы по сути дела занимаемся непрямым использованием солнечной энергии.

Центральные солнечные электростанции.

Энергетическая башня. Древняя легенда повествует, что Архимед спас свой родной город Сиракузы с помощью солнечной энергии. Приказав тысяче солдат повернуть свои щиты к солнцу и выстроив их в линию в форме параболы, Архимед сфокусировал отраженные солнечные лучи на парусах кораблей вторгшегося флота и сжег их. Это и есть принцип действия энергетической башни: лучи солнца концентрируются в одном пункте соответственно расположенными зеркалами. Эти зеркала (гелиостаты) поворачиваются на протяжении дня, чтобы следовать за солнцем в его небесном пути. Они отражают солнечные лучи и фокусируют их на энергетической башне, где огромная концентрация энергии заставляет воду кипеть и превращаться в пар. Пар по трубам поступает в турбину на Землю, вращает ее и вырабатывает электричество.

На Крымском побережье Азовского моря построена солнечная электростанция (СЭС — 5) Мощность этой электростанции – 5000 квт.

СЭС–5 предназначена главным образом для проведения экспериментов, направленных на отработку и усовершенствование систем и режимов эксплуатации крупных СЭС башенного типа с целью разработки новой надежной, эффективной технологии. Вместе с тем, СЭС-5 вырабатывает электроэнергию и выдает ее в Крымскую энергосистему.

Ученые считают, что мощные солнечные электростанции по своей экономичности смогут стать в один ряд с современными тепловыми и атомными электростанциями.

Солнечные пруды. Солнечные пруды – еще более дешевый способ улавливать солнечную энергию. Искусственный водоем частично заполняется рассолом (очень соленой водой), поверх которого находится пресная вода. Плотность рассола гораздо выше, поэтому он остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без помех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя нижнему остывать. Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло заменены соответственно рассолом и пресной водой. Горячий раствор соли может циркулировать по трубам, отапливая помещения, или использоваться для выработки электричества; им нагревают жидкости с низкой точкой кипения, которые, испаряясь, приводит в движение турбогенераторы низкого давления. Поскольку солнечный пруд представляет собой высокоэффективный теплоаккумулятор, с его помощью можно получать энергию непрерывно.

К недостаткам всех перечисленных установок преобразования солнечной энергии относится то, что для них нужны большие площади, причем относительно недалеко (в пределах 80 км) от потребителя. Иначе потери при передаче электроэнергии будут недопустимо высоки. Правда, со временем могут появиться сверхпроводящие линии электропередач, которые решат проблему, однако в ближайшем будущем строительство энергобашен и солнечных прудов ограничивается недостатком вблизи крупных городов достаточно обширных свободных территорий. С другой стороны, солнечные батареи можно размещать на крышах зданий.

Перспективы солнечной энергетики.

Использование солнечной энергии может быть полезно в нескольких отношениях. Во-первых, при замене ею ископаемого топлива уменьшается загрязнение воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означает сокращение импорта топлива, особенно нефти. В-третьих, заменяя атомное топливо, мы снижаем угрозу распространения атомного оружия. Наконец, солнечные источники могут обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость от бесперебойного снабжения топливом.

Энергия воды.

Гидроэнергия.

Поскольку солнечное излучение – движущая сила круговорота воды в природе, энергия воды, или гидроэнергия, также относится к преобразованной энергии Солнца. Вода, которую еще в древности использовали для совершения механической работы, до сих пор остается хорошим источником энергии – теперь уже электрической – для нашей промышленной цивилизации. Энергия падающей воды, вращающей водяное колесо, служила непосредственно для размола зерна, распиливания древесины и производства тканей. Однако мельницы и лесопилки на наших реках стали исчезать, когда в восьмидесятых годах позапрошлого века началось производство электроэнергии у водопадов.

Производство электроэнергии на гидростанциях обычного типа.

Вода из водохранилища поступает вниз через длинный прямой канал, называемый напорным трубопроводом, и направляется на горизонтально вращающиеся лопасти турбины. Вертикальный вал турбины соединен с блоком генератора. На типичной станции используется много турбинно-генераторных агрегатов. Коэффициент полезного действия нередко составляет около 60-70%, т. е. 60-70% энергии падающей воды преобразуется в электрическую энергию.

Сооружение гидростанций обходится дорого, и они требуют эксплутационных расходов, но зато работают на бесплатном «топливе», которому не грозит никакая инфляция. Первоисточником энергии служит солнце, испаряющее воду из океанов, озер и рек. Водяной пар конденсируется в виде дождя, выпадающего в возвышенных местностях и стекающего вниз в моря. Гидростанции встают на пути этого стока и перехватывают энергию движущейся воды – энергию, которая иначе была

бы израсходована на перенос отложений к морю.

Региональное распределение гидроэнергетических ресурсов.

Однако гидроэнергетика не безвредна для окружающей среды. Когда течение реки замедляется, как это обычно и бывает при попадании ее вод в водохранилище, взвешенный осадок начинает опускаться на дно. Ниже водохранилища чистая вода, попавшая в реку, гораздо быстрее размывает речные берега, как бы восстанавливая тот объем осадков, который был утрачен в водохранилище. Усиление эрозии берегов ниже по течению от водохранилища – обычное явление.

Дно водохранилища покрывается осадками, принесенными из регионов, расположенных выше по течению. Этот слой осадков периодически выступает на поверхность или затопляется вновь, когда уровень водохранилища поднимается и падает в результате притока или сброса воды. Постепенно осадков накапливается столько, что если их регулярно не вычерпывать, то они начинают занимать часть полезного объема водохранилища. Это означает, что водохранилище, сооруженное для хранения запасов воды или контроля за наводнениями, постепенно утрачивает свою эффективность, если не очищать его от накапливающихся твердых осадков.

Накопление слишком большого количества осадков в водохранилище можно частично предотвратить. Эрозия и перенос осадков представляют собой естественные и непрерывные процессы, однако сельскохозяйственные работы, прокладка дорог строительство домов и вырубка лесов – все это ускоряет эрозионные процессы, обнажая почву. Тщательный контроль за состоянием почвы способствует уменьшению количества обломочного материала, уносимого потоками, и тем самым предотвращает быстрое накопление осадка в водохранилищах.

Невидимые до поры груды осадков, которые становятся видимыми лишь во время низкого стояния воды в водохранилище, — не единственная причина, по которой многие выступают против строительства плотин. Существует и другая, более важная причина: после заполнения водохранилища под водой оказываются ценные земли, которые утрачиваются навсегда. Исчезают также ценные животные и растения, причем это не только сухопутные виды; рыбы, населяющие перегороженную плотиной реку, тоже могут исчезнуть, поскольку плотина преграждает путь к местам нереста.

Существует и иные аспекты, связанные со строительством водохранилищ. В определенные периоды времени в году качество воды в водохранилище и качество воды, выпускаемой из него, может быть на редкость низким. В течение лета и осени нижние слои воды в водохранилище могут стать очень бедными кислородом. Недостаток кислорода обусловлен сочетанием двух процессов. Во-первых, неполным перемешиванием воды в водохранилище в течение лета и ранней осени. Во-вторых, бактериальным разложением отмерших растений в донных слоях водохранилища, что требует большого количества кислорода. Если эта бедная кислородом вода выпускается из водохранилища, то наносится ущерб рыбе и другим водным организмам ниже по течению.

Чтобы создать преимущество более высокой водной поверхности или более равномерного стока, фактически нет необходимости строить плотину на свободно текущей реке. Частично отводя воду верхнего течения, можно создать искусственное озеро и в стороне от реки. Такое озеро обладает преимуществом как высоты напора, так и постоянно доступного водного резерва.

Энергия приливов.

В приливах и отливах, сменяющих друг друга дважды в день, также заключена огромная энергия.

Приливы – это результат гравитационного притяжения больших масс воды океанов со стороны Луны и, в меньшей степени, Солнца. При вращении Земли часть воды океана поднимается и некоторое время удерживается в этом положении гравитационным притяжением. Когда «горб» подъема воды достигает суши, как это должно происходить вследствие вращения Земли, наступает прилив. Дальнейшее вращение Земли ослабляет воздействие Луны на эту часть океана, и прилив спадает. Приливы и отливы повторяются дважды в сутки, хотя их точное время изменяется в зависимости от сезона и положения Луны

Средняя высота прилива составляет всего лишь 0,5 м, за исключением тех случаев, когда водные массы перемещаются в относительно узких пределах. В таких случаях возникает волна, высота которой может в 10-20 раз превышать нормальную высоту приливного подъема. Каждый год наиболее высокие приливы случаются тогда, когда Луна и Солнце находятся почти на одной линии, так что суммарное гравитационное воздействие увеличивает объем перемещаемой океанской воды.

Работа приливной электростанции.

На реке построена плотина для задержки вод высокого прилива. Когда приливные воды отступают, задержанная плотиной вода выпускается в океан через грушевидные турбины под плотиной и вырабатывается электроэнергия. Однако можно вырабатывать электроэнергию как при отливе, так и при приливе.

Приливная волна задерживается позади плотины в результате открытия ряда донных затворов, что позволяет ей двигаться вверх по реке в направлении истока. Затворы закрывают тогда, когда прилив достигает наивысшего уровня, а затем, по мере отлива, воде, запертой за плотиной, позволяют стекать к морю через турбины. При низком уровне воды, т. е. при отливе, большая часть этой воды спускается. Когда приливные воды снова наступают, они оказываются перед закрытыми затворами, и уровень воды со стороны моря превышает ее уровень на стороне плотины, обращенной к суше. После того как будет достигнут достаточный напор, воде позволяют течь вверх по реке, проходя через турбины, и снова вырабатывать электричество. Таким образом, энергия вырабатывается за счет отлива, и за счет прилива.

На некоторых станциях применяется замечательная технология. В последней фазе прилива разница в уровнях воды в резервуаре за плотиной и в океане может составлять каких-нибудь два метра. В это время электроэнергия из какого-либо другого источника может быть использована для перекачивания океанской воды (с помощью турбин) в приливной бассейн. Вода накачивается на высоту лишь нескольких десятков сантиметров, поэтому не требуется много энергии. Когда приливная волна отступила, эта дополнительная вода падает с высоты 6 – 10 м, вырабатывая гораздо больше электроэнергии, чем ее было затрачено. Та же идея реализуется при отливе, но только в этом случае вода откачивается из приливного бассейна в океан. При этом уровень воды в бассейне падает ниже уровня воды в океане и поступающая приливная вода проходит большую дистанцию.

Из-за огромной стоимости этих сооружений правительства не расположены, вкладывать средства в приливную энергию. Такие станции стоят в 2,5 раза больше оценочной стоимости речной гидростанции с такой же средней выработкой энергии прежде всего из-за дополнительной стоимости защитных перемычек впереди и позади объекта. Но как только первоначальные инвестиции сделаны, выработка энергии уже не требует никакого топлива. Необходимо только техническое обслуживание системы, и поэтому стоимость энергии остается низкой.

Места, где приливы могли бы быть использованы для выработки электроэнергии, имеются во всем мире.

Приливные ресурсы в некоторых регионах.

Помимо стоимости сооружения станции, у приливной энергии есть и другие отрицательные стороны. Если приливная станция находится далеко от ближайшего крупного центра использования энергии, потребуются длинные и дорогие линии электропередачи. С другой стороны, такая передача на большие расстояния становится все более обычной по мере создания новых и более эффективных линий.

И наконец, следует упомянуть еще одну отрицательную черту приливной энергии – то, что ее выработка непостоянна. Это легко понять, если на минуту задуматься о ее природе. При обычной эксплуатации приливной энергии электричество вырабатывается только в начале отлива, т. е. тогда, когда уровень воды, запасенной в бассейне, в достаточной мере превышает ее уровень в море. По мере снижения уровня воды в бассейне выработка электроэнергии уменьшается и около нижней точки отлива падает до нуля, поскольку разность уровней исчезает. Если приливная станция оборудована реверсивными турбинами, то энергия может вырабатываться и за счет наступающего прилива, но только после того, как уровень прилива превысит в достаточной мере уровень воды позади плотины. Когда прилив достигает максимальной высоты, выработка энергии снова приближается к нулю. Таким образом, кривая выработки энергии снова приближается и падает дважды с сутки в соответствии с двумя приливными циклами.

Эта циклическая выработка энергии вряд ли будет соответствовать суточным потребностям в ней. Пиковая потребность и пиковая выработка могут иногда совпадать, так как часы обоих приливов сдвигаются по мере смены времен года, но чаще всего такого совпадения не будет. Поэтому поступление энергии в сеть должно каким-то образом регулироваться. Это означает, что выработка энергии другими, центральными, станциями должна обычно снижаться, когда темп приливной выработки достигает максимума, и возрастать, когда он падает. Фактически энергия от приливной электростанции достаточно регулярно замещает энергию, вырабатываемую с помощью других средств. Если замещается энергия, вырабатываемая станцией на угольном топливе, то экономится уголь.

Биологические и физические последствия постройки приливных электростанций.

Физические последствия. Когда мы смотрим на приливы с их устрашающей энергией, нам следует подумать о воздействии на окружающую среду приливных бассейнов. Сосредоточимся на физических изменениях, которые могут произойти с морской стороны приливной электростанции

Амплитуда прилива может увеличиваться всего лишь на 30 см, но даже такое небольшое изменение чревато серьезными последствиями. Поступающие приливные воды могут подняться на 15 см, а это способно привести к вторжению морской воды в прибрежные колодцы и создать угрозу для строений, расположенных вблизи верхней отметки прилива. Возможно ускорение береговой эрозии, а низинные участки, включая дороги, будут затопляться, когда штормы и увеличившиеся приливы объединят усилия. Береговая полоса будет практически непригодна для использования из-за более высоких приливов. Оценки площади береговой полосы, которая может быть потеряна из-за приливного затопления, колеблются от 17 до 40 квадратных километров. Конечно, местные потери зависят от крутизны склона и характера берега. Отлив, который может оказаться ниже на 15 см, способен затруднить доступ к лодкам и к воде с причалов. Увеличенная высота прилива может вызвать поступление более соленой воды в устья рек и этим изменить соотношение обитающих там водных организмов.

С увеличением амплитуды приливов возникнут усиленные приливные течения, на 5-10% более быстрые, что может привести к размыванию и переносу песчаных отмелей и к заполнению песком существующих судоходных русел, а в результате – к необходимости составления новых навигационных кар. Но в этом случае суда вскоре начнут застревать, по мере того как проходы будут изменяться из-за перемещения песка. Более быстрые течения затруднят обособление нефтяных пятен, но вместе с тем они же будут быстрее разгонять нефть.

Биологические последствия. Постройка крупной приливной электростанции может привести не только к местным биологическим последствиям. В бассейне позади приливной станции будет оказывать воздействие на важное биологическое пространство вдоль побережья океана. Эта полоса, называемая приливной зоной простирается от точки наивысшего прилива (или брызг от приливных волн) до нижней точки, обнажающейся при отливе. (Обе эти границы несколько смещаются со сменой времен года.)

В этой зоне биологические сообщества состоят, во-первых, из организмов, проводящих здесь свое время или большую часть его часть. На песчаных берегах обитают роющие сообщества, такие, как крабы, креветки, черви и некоторые двустворчатые моллюски, а на скалистых – организмы, прикрепленные к скалам (мидии, устрицы, морские желуди, крупные водоросли). В воде приливной зоны имеется еще один набор организмов — фитопланктон. Это диатомовые водоросли, перидинеи; они приносятся и уносятся с водой приливов.

Приливная энергия способна изменить относительный баланс между видами, составляющими сообщества приливной зоны. Нам совсем не ясно, как личиночные стадии морских видов смогут переносить проход через турбину. Больше того, возможно, что такие вредные организмы, как перидинеи, вызывающие «красный прилив» (такие приливы приводят к гибели рыбы и иногда делающих мясо моллюсков ядовитым для людей), окажутся в благоприятном положении, а размножение желательных видов, таких, как крабы или устрицы, может пострадать. Кроме того, мы не знаем неверное, что ускорится в результате постройки станций – эрозия или отложение осадочных материалов.

Появление приливной электростанции может не только повлиять на местные сообщества, но и причинить вред мигрирующим видам. Проход через турбины электростанции вряд ли принесет этим видам пользу. Для перекрытия входа могут быть использованы сетки, но годность лестничных рыбоходов в качестве обходного пути все еще остается под вопросом. Перелетные птицы, кормящиеся на соленых маршах, такие, как песочники и ржанки, вероятно, будут находить меньше пищи в приливном бассейна позади электростанции из-за гибели организмов при проходе через турбину. Всё это локальные последствия, но область их влияния может оказать более обширной.

Отдаленные биологические последствия при использовании приливной энергии будут обусловлены усилением приливных течений в результате увеличения амплитуды приливов. Более мощные приливные течения будут нарушать температурную стратификацию воды, перемешивая слои с разной температурой. Нижележащие холодные слои наиболее богаты питательными веществами, которые постепенно оседают на дно. Поэтому с более холодной водой в поверхностные слои будет поступать больше питательных веществ. Летняя температура воздуха и воды может понизиться в среднем на 1 градус, и вероятным следствием этого будет усиление туманов и морских ветров, а биологическая продуктивность, по-видимому, увеличится. Обилие водорослей и зоопланктона, скорее всего, возрастет, так же как и численность питающихся ими организмов, но мы недостаточно осведомлены, чтобы знать, каким конкретно видам это пойдет на пользу, а каким – во вред. Биологические неясности, связанные со строительством станций на приливной энергии, пока действительно очень велики.

Энергия ветра.

В поисках альтернативных источников энергии во многих странах немалое влияние уделяют ветроэнергетике. Ветер служил человечеству на протяжении тысячелетий, обеспечивая энергию для парусных судов, для размола зерна и перекачивания воды. В настоящее время главное место занимает выработка электроэнергии. Уже сегодня в Дании ветроэнергетика покрывает около 2% потребностей страны в электроэнергии. В США на нескольких станциях работает около 17 тысяч ветроагрегатов общей мощностью до 1500 МВт. Ветроэнергетические устройства выпускаются не только в США и Дании, но и Великобритании, Канаде, Японии и некоторых других странах.

Для того чтобы строительство ветроэлектростанции оказалось экономически оправданным, необходимо, чтобы среднегодовая скорость ветра в данном районе составляла не менее 6 метров в секунду. В нашей стране ветряки можно строить на побережьях черного, Балтийского и Каспийского морей, в Нижнем Поволжье или на юге Западной Сибири, в Центральном Черноземном районе. Но самой большой ветропотенциал имеют побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов, в том числе Ямал, Таймыр, Камчатка, Чукотка и близлежащие острова. В нынешнюю эпоху высоких цен на топливо можно думать, что ветродвигатели окажутся конкурентоспособными по стоимости и смогут участвовать в удовлетворении энергетических нужд страны.

Конструкция ветродвигателей.

Ветродвигатель вырабатывает энергию, когда ветер давит на его лопасти. Чем длиннее лопасть, тем больше ветровой энергии она может перехватить. Точно также, чем больше скорость ветра, тем больше его давление на лопасти и тем больше количество перехватываемой энергии.

Выход энергии не находится в линейной зависимости от длины лопасти и от скорости ветра: он растет пропорционально квадрату длины лопасти и кубу скорости ветра.

Обратим внимание на то, что при скорости ветра 33 километра в час удлинение лопасти в 4 раза (с15 до 60 м) увеличивает выработку энергии в 16 раз. Заметим также, что при длине лопасти 30 м ветер со скоростью 50 километров в час обеспечивает выработку электроэнергии, в 26 раз большую, чем ветер со скоростью 17 километров в час. Именно поэтому инженеры склоняются в пользу крупных ветродвигателей и стремятся перехватить ветер на большой высоте.

Большинство крупных ветродвигателей, сооружаемых сейчас или уже действующих, рассчитано на работу при скоростях ветра 17 – 58 километров в час. Ветер со скоростью меньше 17 километров в час дает мало полезной энергии, а при скоростях более 58 километров в час возможно повреждение двигателя.

Ветродвигатели не следует рассчитывать на перехват штормовых ветров. Даже если такой ветер обеспечивает получение намного больше энергии, чем слабые ветры, он производит столь сильное давление на лопасти, что вся машина может быть разрушена. Кроме того, продолжительность времени, когда дуют штормовые ветры, настолько мала, что вклад штормовых ветров в суммарную выработку энергии ничтожен, и это делает подобный риск бессмысленным. Чтобы устранить проблему штормовых ветров, лопасти ветродвигателей изгибают так, чтобы они были слегка повернуты в одну сторону для уменьшения напора ветра; благодаря этому полные удары сильных порывов не повреждают пропеллер. Эта старая практика известна как «оперение». Чтобы предотвратить поломку лопастей, применяют также новые материалы, способные противостоять большим нагрузкам.

Другие проблемы в конструкции ветродвигателей обусловлены просто природой системы, необходимой для перехватки энергии ветра. Двигатели обычно устанавливают на высоких башнях, чтобы лопасти были открыты более сильным ветрам, дующим на большой высоте. Ближе к поверхности дома, деревья, небольшие холмы и т. п. Сдерживают и ослабляют ветер. Поэтому нужны высокие мачты. Однако тяжелое оборудование – пропеллер, коробка передач и генератор – должно размещаться на верхушке мачты, и это требует прочной конструкции.

Еще одну проблему использования энергии от ветродвигателя создает природа самого ветра. Скорость ветра варьирует в широких пределах – от легкого дуновения до мощных порывов; в связи с этим меняется и число оборотов генератора в секунду. Для устранения этого переменный ток, вырабатываемый при вращении оси, выпрямляют, т. е. преобразуют в постоянный, идущий в одном направлении. При больших размерах ветродвигателя этот постоянный ток поступает в электронный преобразователь, который производит стабильный переменный ток, пригодный для подачи в энергетическую систему. Небольшие ветродвигатели вроде тех, что используют на изолированных фермах или на морских островах, подает выпрямленный ток в большие аккумуляторный батареи вместо преобразователя. Аккумуляторные батареи совершенно необходимы для запасания электроэнергии на периоды, когда ветер слишком слаб для выработки какой-либо энергии.

Более трудна проблема регулирования всей системы электростанций. Также как на приливных станций, здесь бывают периоды, когда генераторы вырабатывают мало энергии или совсем ее не производят. В такое время необходимо где-то увеличить выработку тока обычной электростанцией, чтобы покрыть потребность в нем.

Проблемы окружающей среды.

Вызывает ли ветровая энергетика загрязнение воздуха? Нет. Требует ли она воды для охлаждения и не вызывает ли теплового загрязнения? Нет. Потребляет ли она топливо? Нет. Но она производит шум, требует земельной площади и материалов для конструкций. Она также оказывает визуальное воздействие, но опоры линий дальней электропередачи имеют высоту, близкую к высоте самого ветродвигателя из числа ныне разрабатываемых, а градирни бывают еще выше.

Имеется еще один вид воздействия ветровой энергетики. Большие ветродвигатели вращаются со скоростью около 30 оборотов в секунду. Это близко к частоте синхронизации телевидения. Поэтому крупные ветродвигатели могут мешать приему передач на расстоянии до 1,6 км. При использовании лопастей из стекловолокна, которые оказались дешевле металлических, расстояние помех уменьшается примерно вдвое. Но так дело обстоит лишь с большими ветродвигателями, и можно ожидать, что это не будет проблемой для меньших двигателей.

Лопасти ветродвигателей могут убить птиц, но трудно предсказать, в каких масштабах это будет происходить.

Несомненно, какой-то ущерб окружающей среде может наноситься также добычей руды, изготовлением аккумуляторных батарей и гораздо большим количеством проводов и линий передачи, необходимых для сбора электроэнергии от многочисленных ее источников. Но в целом, если мы учтем все затраты на охрану среды, они окажутся очень малыми.

Итак, обзор различных альтернативных источников энергии показывает, что на пороге широкомасштабного промышленного внедрения находятся ветротурбины и солнечные батареи. Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда на решение встающих энергетических проблем; таким образом, строительство новых атомных и тепловых электростанций вовсе не обязательно. Однако их придется еще какое-то время сохранить в качестве резервных для стабильного энергообеспечения. Что же касается отдаленного будущего, то в первую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатываемой солнечными и ветровыми станциями.

С точки зрения окружающей среды и устойчивого развития эти альтернативные источники электричества вполне надежны. К сожалению, они никак не решают проблему сокращения запасов сырой нефти, которая по-прежнему необходима для транспорта.

Пассивные солнечные нагревательные системы весьма рентабельны, и имеет смысл включать их в проекты всех новых зданий. Однако, пока еще существующие и используемые здания не изменятся, потребление традиционных энергоресурсов не снизится; в лучшем случае замедлится его рост. Действительно сократить их использование могло бы повсеместное улучшение теплоизоляции зданий и установка в низ «задним числом» солнечных систем отопления и водонагрева. В таком случае появится возможность перебросить часть мазута, потребляемого в бытовых целях, на нужды транспорта. Однако в самом благоприятном случае проблемы будущего дефицита сырой нефти, необходимой для производства, автомобильного горючего.

Поэтому нужно сосредоточить основное внимание на транспортном секторе.

Что Вы можете сделать?

Хорошо информированные и активные граждане могут многое сделать для поддержки и развития более сбалансированной и экологически устойчивой политики. Кроме того, необходимо писать в соответствующие органы, требуя, чтобы они поддержали следующие мероприятия:

— финансирование в первую очередь не ядерной энергетики, а исследований и технических разработок в области использования солнечной энергии для получения водорода, дешевого производства солнечных батарей и легких, недорогих аккумуляторов с высокой емкостью;

— перераспределение ассигнований идущих на прокладку автострад (только стимулирующих потребление топлива), на строительство рельсовых электротранспортных систем;

— возобновление экономического стимулирования энергосбережения и использования солнечных нагревательных систем; вкладывая деньги в эти перспективные направления, мы в конечном счете добьемся большей экономической и политической безопасности, чем тратя средства на охрану танкеров с нефтью.

Заметьте, что ни одно из этих мероприятий не требует дополнительных расходов; речь идет только о смене приоритетов, которая могла бы привести нас к устойчивому обществу.

Изучайте и применяйте на практике любые средства, позволяющие экономить в Вашем собственном доме (разумеется, не приводящие к дискомфорту), улучшая его теплоизоляцию и внедряя, где это только возможно, солнечные системы отопления и горячего водоснабжения.

Наконец, чтобы защитить себя в будущем нефтяных кризисов, постарайтесь поселиться в таком месте, где пользоваться автомобилем необязательно.

Я выбрала эту тему, так как она кажется, на мой взгляд, очень интересной. Я считаю, что за альтернативными источниками энергии стоит будущее. А уже сейчас мы должны думать, какую планету мы оставим своим потомкам. Я не думаю, чтобы людям на Земле было все равно в какой среде будут расти их дети и внуки. Так объединим же усилия для борьбы за чистую планету, за чистый воздух, за чистую воду!

План реферата.

1. Введение.

2. Альтернативные источники энергии:

1. солнечная энергия;

2. энергия воды:

а) гидроэнергия;

б) энергия приливов;

3. энергия ветра;

3. Что мы можем сделать?

Список используемой литературы:

1.П. Ревелль, Ч. Ревелль «Энергетические проблемы человечества», издательство «Мир»,1995

2. П. Ревелль, Ч. Ревелль «Загрязнение воды и воздуха», издательство «Мир», 1995

3. Б. Небел «Наука об окружающей среде», издательство «Мир», 1993г

4. «Крымская солнечная электростанция», Внешторгиздат

5.Журнал «Наука и жизнь», издательство «Правда», 1989г.

www.ronl.ru

Курсовая работа - Альтернативные виды энергии

Реферат по экологии Козореза Михаила

ВСТУПЛЕНИЕ

На пороге ХХI века человек все чаще и чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать. Homo Sapiens прошел путь от первого костра до атомных электростанций, освоил добычу основных традиционных энергетических ресурсов — угля, нефти и газа, научился использовать энергию рек, освоил “мирный атом”, но все активнее обсуждаются вопросы использования новых нетрадиционных, альтернативных видов энергии.

По оценкам специалистов, мировые ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным данным 30 триллионов тонн, нефти — 300 миллиардов тонн, газа — 220 триллионов кубометров. Разведанные запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти — 137 миллиардов тонн, газа — 142 триллионов кубометров. Почему же наблюдается тенденция к освоению альтернативных видов энергии, при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что в последние годы в шельфовых зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа?

Есть несколько ответов на этот вопрос. Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли. Существует точка зрения, что при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет. Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Склады нефтепродуктов и окружающие их территории подчас напоминают “города мертвых”, а кадры кинохроники о плавающих в нефтяной пленке морских птицах и животных тревожат не только Greenpeace.

Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект*.

В настоящее время выдвигаются множество различных идей и предложений по использованию всевозможных возобновляемых видов энергии. Разработка некоторых проектов еще только начинается. Так, существуют предложения по использованию энергии разложения атомных частиц, искусственных смерчей и даже энергии молнии. Проводятся эксперименты по использованию “биоэнергетики”, например, энергии парного молока для обогрева коровников.

Но существуют и “традиционные” виды альтернативной энергии. Это энергия Солнца и ветра, энергия морских волн, приливов и отливов. Есть проекты преобразования в электроэнергию газа, выделяющегося на мусорных свалках, а также из навоза на звероводческих фермах. Основным видом “бесплатной” неиссякаемой энергии по справедливости считается Солнце. В Солнце сосредоточено 99, 886% всей массы солнечной системы. Солнце ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг U235.

СОЛНЦЕ

Солнце — неисчерпаемый источник энергии — ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет — самая близкая к Солнцу часть нашей планеты — по праву считает солнечную энергию своим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено уже более пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы (см. рис.№1) и сделать их эффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании “Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 процентов попавшего на него солнечного света.

Это достижение стало возможным, с одной стороны, благодаря использованию двухслойной конструкции. Верхний слой — из арсенида галлия. Он поглощает излучение видимой части спектра. Нижний слой — из антимонида галлия и предназначен улавливать инфракрасное излучение, которое обычно теряется. С другой стороны, высокая эффективность достигается благодаря специальному покрытию, преломляющему свет и фокусирующему его на активные области солнечной ячейки.

В Японии ученые работают над совершенствованием фотогальванических элементов на кремниевой основе. Если толщину солнечного элемента существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочные элементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую эффективность и экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная прозрачность позволят легко устанавливать их на фасадах зданий и даже на окнах, для обеспечения электроэнергией жилых домов. Однако поскольку интенсивность солнечного света не всегда и не везде одинакова, то даже при установке множества солнечных батарей, зданию потребуется дополнительный источник электричества. Одним из возможных решений этого вопроса является использование солнечных элементов в комплексе с двухсторонним топливным элементом. В дневное время, когда работают солнечные элементы, избыточную электроэнергию можно пропускать через водородный топливный элемент (см. гл. ВОДОРОД) и таким образом получать водород из воды. Ночью же топливный элемент сможет использовать этот водород для производства электроэнергии.

Компактная передвижная электростанция сконструирована германским инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг она имеет мощность 4 КВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротоком достаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где энергию вырабатывают сразу два устройства — ветрогенератор нового типа и комплект солнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в отличие от обычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении воздуха, второй — автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на светило. Добытая энергия накапливается в аккумуляторном блоке, а тот стабильно снабжает током потребителей.

Глядя вперед, в те времена, когда штат Калифорния будет нуждаться в удобных станциях для подзарядки электробатарей, “Южно-калифорнийская компания Эдисон” планирует начать испытание специальной автостанции для машин, работающих на солнечной энергии, которая в конечном счете должна стать обычной заправочной станцией со множеством парковочных мест и различными магазинами. Солнечные панели на крыше станции, расположенной в городе Даймонд-Баре, обеспечат энергию для зарядки электромобилей в течение всего рабочего дня даже зимой. А излишек, получаемый от этих панелей, будет использоваться для нужд самой автостанции. Уже в 1981г. через пролив Ла-Манш совершил перелёт первый в мире самолёт двигателем, работающим от солнечных батарей. Чтобы совершить перелёт на расстояние 262 км, ему потребовалось 5,5 часа (см. рис. №2). А по прогнозам учёных конца прошлого века, ожидалось, что к 2000 году на дорогах Калифорнии появится около 200000 электромобилей. Возможно, и нам стоит подумать об использовании солнечной энергии в широких масштабах. В частности, в Крыму с его “солнцеобильностью”.

ВОДОРОД

Эти и многие другие современные разработки начинают вырисовывать контуры будущего мира, в котором, несмотря на продолжающийся рост потребления энергии, получаемой преимущественно путем сжигания природного топлива, уровень содержания углекислого газа в атмосфере реально начнет снижаться.

Ускорить этот процесс смогли бы и автомобили марки NECAR4, разрабатываемые в одной из лабораторий под Штутгартом. Этот экспериментальный автомобиль, разрабатываемый совместно компаниями Ford, Daimler-Chrysler и Canada's Ballard Power Systems, работает на водороде, запасов которого в природе более чем достаточно. Водород, в отличие от ископаемых видов топлива, не содержит атомов углерода и поэтому не образует двуокиси углерода (СО2). Однако водород также может загрязнять окружающую среду, так как при его сгорании происходит перегруппировка молекул воздуха, при которой образуется окись азота и озон. Но NECAR4 не сжигает водород. На автомобиле установлен бортовой топливный элемент, разработанный фирмой Ballard, который обеспечивает постепенное соединение водорода с кислородом при умеренной температуре. В результате на выходе получается обыкновенная вода (h3O) и электроэнергия.

Топливные элементы были изобретены еще в начале XIX века. В 60-е годы прошлого века НАСА использовало их для получения чистой энергии в космосе. Но только в прошедшем десятилетии удалось создать топливные элементы таких размеров, которые позволили бы устанавливать их в легковых автомобилях. NECAR4 создан на базе малолитражного автомобиля Mercedes-Benz, типа «седан» класса А. Этот автомобиль вмещает пять человек плюс багаж, развивает скорость до 145 км/час и может пройти без заправки 450 километров. По словам Фердинанда Паника, руководителя проекта компании Diamler Chrysler, «значение топливного элемента соизмеримо разве что со значением микросхемы для развития вычислительной техники”.

Результаты не заставят себя ждать. Первые полевые испытания автомобилей с топливным элементом пройдут уже в этом году в Калифорнии. К 2004 году Diamler Chrysler, Ford, а также General Motors, Toyota и другие компании, предполагают начать поставку автомобилей с топливным элементом на потребительский рынок.

Проблема, связанная с массовым серийным производством компактных топливных элементов для легковых и грузовых автомобилей, еще до конца не решена, однако уже сейчас можно было бы начать производство крупногабаритных элементов, обеспечивающих работу промышленных предприятий и электростанций.

Теоретически, водород можно было бы получать из воды, используя для этого энергию солнца или ветра. Однако, даже при самых оптимистических прогнозах, связанных с совершенствованием таких технологий, затраты на производство электроэнергии, необходимой для разделения молекул воды на молекулы водорода и кислорода в настоящее время чрезвычайно велики. Поэтому первые установки для крупномасштабного производства водорода будут, по всей видимости, вырабатывать его из традиционных видов топлива.

Такую технологию можно было бы, например, успешно применять в Китае, где стремительный рост производства и огромные природные запасы угля угрожают вызвать катастрофическое загрязнение атмосферы углекислым газом в течение следующего столетия.

Основной проблемой, связанной с производством водорода по старым технологиям, является то, что при этом образуется двуокись углерода, которую нельзя выбрасывать в атмосферу. Существует, однако, альтернативный метод – закачивать углекислый газ под землю. В Норвегии, например, энергетическая компания Norsk Hydro строит электростанцию, которая будет работать на водороде, получаемом из природного газа. Образующаяся при этом двуокись углерода будет закачиваться обратно в одно из месторождений нефти, расположенных на континентальном шельфе. С помощью такой технологии можно не только решить проблему загрязнения воздуха углекислым газом, но и повысить давление в месторождении, что значительно облегчит выкачивание из него оставшихся запасов нефти. Другим не менее эффективным способом борьбы с загрязнением атмосферы является закачивание двуокиси углерода в подземный водоносный слой, которое уже в настоящее время успешно применяется в Европе и США.

ВЕТЕР

На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может “работать” зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. 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, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую. Одна из таких установок (патент РФ № 1783144) порождает искусственный сверхураган внутри себя при скорости ветра в 5 м/с!

Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры. И тем не менее всего одна электростанция, работающая на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии тысячи ветряных турбин (см. рис. №3;8).

МОРЕ

В последнее время в некоторых странах снова обратили внимание на те проекты, которые были отвергнуты ранее как малоперспективные. Так, в частности, в 1982 г. британское правительство отменило государственное финансирование тех электростанций, которые используют энергию моря: часть таких исследований прекратилась, часть продолжалась при явно недостаточных ассигнованиях от Европейской комиссии и некоторых промышленных фирм и компаний. Причиной отказа в государственной поддержке называлась недостаточная эффективность способов получения “морского” электричества по сравнению с другими его источниками, в частности — атомными.

В мае 1988 г. в этой технической политике произошел переворот. Министерство торговли и промышленности Великобритании прислушалось к мнению своего главного советника по энергетике Т. Торпа, который сообщил, что три из шести имеющихся в стране экспериментальных установок усовершенствованы и ныне стоимость 1 КВт/ч на них составляет менее 6 пенсов, а это ниже минимального уровня конкурентоспособности на открытом рынке. Цена “морской” электроэнергии с 1987 г. снизилась вдесятеро.

Волны. Наиболее совершенен проект “Кивающая утка” (см. рис. №4), предложенный конструктором С. Солтером. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 КВт\ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это — 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 КВт\ч).

Следует заметить, что использование источников альтернативных, возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным основанием быть причисленной к таким источникам.

Приливы. Первая большая электростанция, работающая на энергии приливов, была построена в 1968г. в устье реки Ранс (Франция). Электростанция работает следующим образом. Когда начинается отлив, заслонки в дамбе закрывают, поддерживая высокий уровень воды за плотиной. При разнице уровней в 3 м. заслонки открывают, и вода устремляется в море, вращая лопатки 24-х больших турбин, а вместе с ними и роторы электрогенераторов. Когда опять начинается прилив, вода через открытые заслонки проходит за плотину, и цикл повторяется (см. рис. №5).

РЕКИ

Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают на ГЭС. Её получают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидростанции бывают очень мощными. Так, станция Итапу на реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем развивает мощность до13 000 млн.Квт.

Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест его, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют. Этот двухметровый агрегат есть не что иное, как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. В комплекте с аккумулятором она обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую… Была бы поблизости речушка!

Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух берегов. Остальное — дело техники: мультипликатор вращает автомобильный генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергия аккумулируется.

Опытный образец бесплотинной мини-ГЭС успешно зарекомендовал себя на речках Горного Алтая.

--PAGE_BREAK--ЗЕМЛЯ

Тепло от горячих горных пород в земной коре тоже может генерировать электричество (см. рис. №6). Через пробуренные в горной породе скважины вниз накачивается холодная вода, а в вверх поднимается образованный из воды пар, который вращает турбину. Такой вид энергии называется геотермальной энергией. Она используется, например, в Новой Зеландии и Исландии.

ОТХОДЫ

Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии. Во всяком случае именно так поступили в США, в штате Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $ 4000 прибыли еженедельно. Но главное- объем закрытых свалок сократился на 78%.

Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50-55 % которого приходится на метан, а 45-50% — на углекислый газ и около одного процента — на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то теперь в США его начинают использовать в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии. Только в мае 1993 года 114 электростанций, работающих на газе от свалок, произвели 344 мегаджоуля электроэнергии. Самая крупная из них, в городе Уиттиер, производит за год 50 мегаджоулей. Станция мощностью 12 мегаватт способна удовлетворить потребность в электроэнергии жителей 20 тысяч домов. По подсчетам специалистов, газа на свалках США хватит для работы небольших станций на 30-50 лет. Не стоит ли и нам задуматься над проблемой вторичного использования мусора? При наличии эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных “курганов”, а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии, благо “дефицита сырья” для ее производства не предвидится.

НАВОЗ

Казалось бы, что может быть неприятнее навоза? Много проблем связано с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их загрязнению.

Известно, что теплоцентрали — активные загрязнители окружающей среды, свинофермы и коровники — тоже. Однако из этих двух зол можно составить нечто хорошее. Именно это произошло в английском городе Пиделхинтоне, где разработана технология переработки навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы — для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно получить 40 КВт/ч.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ДЕРЕВНИ

Кроме замены традиционных источников энергии альтернативными, существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будут служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.

Хранителем домашнего очага и незримым существом в доме, по старинным поверьям, служит теплый домовой. Техническую помощь ему в скандинавских странах, в первую очередь в Швеции, оказывает теперь программно управляемая бытовая теплоцентраль “Аквае 47 ОД”. Разработанная шведской фирмой “Электро стандард”, эта установка довольствуется скромным местом, скажем, площадью кухни.

Тепловые насосы и узел нагрева воды вмонтированы в нее еще на заводе-изготовителе. Принцип экономного вторичного обогрева таков: из использованного воздуха ванной комнаты, кухни и подсобок тепловая энергия возвращается в систему отопления традиционного типа и утилизируется водогрейным котлом. Дополнительные калории от внешних источников газа или жидкого топлива отбираются на эти цели лишь по мере необходимости. Особые клапаны в наружных стенах, снабженные противопылевым фильтром и входящие в комплект установки, обеспечивают подвод чистого воздуха и равномерную безвытяжную смену его в доме. Это достижение компьютерной теплотехники предназначено прежде всего для односемейных домов, например, для загородных коттеджей; оно сокращает наполовину обычный расход энергии.

В испанском поселке Сант-Джосеп на острове Ивиса сооружается первая в мире экологическая деревня будущего, где поселятся четыреста человек. В проекте участвуют специалисты из всех стран Европы. Чтобы оптимально использовать солнечный свет, “умные” дома сами станут регулировать внутреннюю температуру. Это позволяет как новая технология, так и сами материалы — каркас из алюминия и поликарбоната с огромными застекленными поверхностями, где циркулирует прозрачная жидкость. Получится своеобразный щит, впускающий солнечный свет, но удерживающий тепло. Температура зимой и летом будет одинаковая — 20-22 градуса. Избыток энергии поступит в термический теплонакопитель. Электроэнергию там станут вырабатывать также ветряные мельницы и солнечные батареи, избыток ее опять же сберегут огромные аккумуляторы. Биоочистная установка превратит органические отходы — мусор и сточные воды, в метан, преобразуемый затем в электричество. Структура здания гарантирует сохранность свыше 85 процентов энергии. На гигантской биоферме будут выращивать скот, рыбу, а так же овощи, фрукты и злаки.

Возможно, такие проекты пока невозможно реализовать в значительных масштабах. До серийного производства “умных” экологически чистых домов еще далеко, но уже сейчас реализация некоторых проектов (постройка мини-ГЭС, солнечных, ветровых, мусорных электростанции) вполне реальна.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В обозримом будущем природное топливо по-прежнему будет важным источником энергии. Однако природные ресурсы ограничены, и в конце концов человечество будет вынуждено перейти на использование энергии ветра и Солнца, о чем с незапамятных времен мечтают защитники окружающей среды.

Теоретически, каждое предприятие, здание, жилой дом и автомобиль может иметь свой собственный экологически чистый, возобновляемый источник энергии, что позволит человечеству обходиться без нефтяных скважин, угольных шахт, электростанций, линий электропередачи и избавиться, таким образом, от всех негативных последствий их использования. Однако на данный момент перед человечеством стоит более неотложная задача: остановить перегревание планеты и сделать это как можно быстрее. Благодаря автомобилям с топливными элементами, более совершенным ветровым турбинам и солнечным элементам, и другим описанным в данном реферате проектам, внедрение которых уже становится реальностью, угроза глобального потепления кажется теперь не столь устрашающей, какой она представлялась еще несколько лет назад.

www.ronl.ru

Смотрите также

• 
  Психологическая культура общения реферат
• 
  Принципы работы цсо реферат
• 
  Политический портрет керенского реферат
• 
  Реферат первый мобильный телефон
• 
  Стиль одежды классический реферат
• 
  Дефицитарное психическое развитие реферат
• 
  Реферат история возникновения чертежа
• 
  Математика древнего вавилона реферат
• 
  Спбгэу титульный лист реферата
• 
  Мастерство публичного выступления реферат
• 
  Реферат как создавалась бумага