Последние материалы

научно - исследовательская работа по географии «Альтернативные источники энергии: проблемы и перспективы развития»

СКАЧАТЬ:  

 

 

научно - исследовательская работа

по географии

«Альтернативные источники энергии: проблемы и перспективы развития»

 

вид НИР: проблемно-поисковая

 

 


Аннотация

 

   Я не случайно выбрала темой своей исследовательской работы альтернативную энергетику, ведь энергетический вопрос прямо или косвенно затрагивает все сферы жизни общества: экономическую (переход к АИ позволит отсрочить, или вовсе предотвратить, надвигающийся мировой энергетический кризис), политическую (страна, которая успешно реализует на своей территории возможности АИ, будет диктовать цены на топливо на мировом рынке и сможет претендовать на мировое господство), социальную (переход к АИ позволит снизить социальную и психологическую напряженность в обществе). Тема изучалась мной в динамике в течение 2010 -2012 гг. Я задалась целью сформулировать ответы на актуальные вопросы:

- Не грозят ли нам ресурсные войны?

- Насколько велико влияние альтернативной энергетики на экологию?

- Каково будущее мирного атома?

- Не станет ли Россия, подобно странам "третьего мира", свалкой для отходов  ядерной энергетики?

И предложить пути решения обнаруженных проблем.

Проанализировав состояние темпов развития альтернативной энергетики, я пришла к выводу, что всем странам мира, в том числе и России, стоит придерживаться так называемого оптимистического глобального прогноза, который в конечном итоге сводится к стратегии устойчивого развития. В свете этого у АИ есть следующие пути развития для всего мира:

- строительство реакторов-размножителей;

- реализация программы переработки угля в жидкое топливо;

- расширение использования других нефтезаменителей;

- введение в употребление турбореактивных двигателей, работающих на "прозене";

- расширение масштабов использования водорода в качестве АИ;

- реализация проекта УТС для нашей страны;

- создание принципиально нового оборудования взамен устаревшего;

- расширение реализации проекта термоядерного синтеза, включающего три этапа:

-модернизация имеющихся станций, работающих на реакторах чернобыльского типа;

-увеличение мощностей имеющихся станций и строительство новых станций;

- правильное использование природных и погодных условий для перехода к АИ (например, для гидроэнергетики наибольший потенциал представляют территории Восточной Сибири и Европейской части России);

- использование имеющегося потенциала для более широкого распространения ветрогенераторов в качестве АИ.

 

 

 

Непосредственно для нашей СЭЗ "Липецк":

- сейчас, конечно, нет возможности для немедленного перехода к АИ, но, тем не менее, необходимо попытаться на психологическом уровне убедить людей, что переход к АИ выгоден, перестать бесконечно напоминать им о бесконечных катастрофах, а наоборот, указать на то, что в сравнении с другими, ядерная энергетика всё равно признана самой чистой. С этой целью можно предложить сотрудникам ГИБДД Липецкой области разработать специальную эмблему, которая будет выдаваться водителям, пользующимся электромобилями или машинами на водородном топливе. К таким водителям я предложила бы применять смягчающие меры, предоставлять им льготы (например, снижение ставки транспортного налога). Свои предложения мне хотелось бы донести  до администрации города и работников ГИБДД.

   Моя работа может быть  использована на уроках экономической географии, физики, химии, биологии, экологии, при изучении глобальных проблем человечества.

 

 

    Пояснительная записка 

 

 

   Я не случайно выбрала темой своей исследовательской работы альтернативную энергетику, ведь «энергетический вопрос» прямо или косвенно затрагивает все сферы жизни общества: экономическую, политическую, социальную и другие. Сегодня около половины населения земли составляют горожане, 60% из них проживают в мегаполисах. Жители мегаполисов лучше обеспечены работой, бытовыми удобствами, более развита индустрия развлечений. Но у них есть свои проблемы: загрязнение воздуха, перенаселённость, непрерывный шум … Все эти проблемы прямо или косвенно связаны с энергетическими ресурсами. Даже простое отключение электричества способно создать тяжёлую ситуацию.

   Каким будет город будущего? Над этим сегодня думают архитекторы, социологи и многие учёные. Но какой бы метод решения этой задачи не был выбран, приоритет в выборе топлива для транспорта отдаётся альтернативным источникам энергии: солнечной, электрической, водородной, энергии термоядерного синтеза. Этот вопрос тем более актуален сегодня, так как многие учёные задаются вопросом: надолго ли хватит энергетических ресурсов? Ведь запасов нефти, по самым оптимистическим прогнозам, нам хватит на 150 лет, а газа – лишь на 100 лет. Самые оптимистичные прогнозы делаются лишь относительно запасов угля. По прогнозам их должно хватить на 420 лет. Тем не менее, если темпы его утилизации останутся теми же, то этих запасов не хватит и на 200 лет. Запасы урана, от которого зависит наиболее передовая ядерная энергетика, будут исчерпаны через 300 лет.

   Поэтому, работая над исследованием, я задумалась: не грозят ли нам сегодня ресурсные войны? К сожалению, сегодня сочетание этих слов не кажется уже чем-то фантастическим, ведь уже в семидесятые годы прошлого века арабские нефтедобывающие страны пользовались продажей нефти как «политическим оружием» в борьбе за свои права. Также я пыталась разобраться насколько велико влияние альтернативной энергетики на экологию. К сожалению, равновесие биосферы уже нарушено, этот процесс быстро развивается. После Чернобыльской аварии популярность мирного атома в глазах общественности резко упала. Также становится более острой проблема загрязнения воды. Это связано с необходимостью размещения ядерных отходов военного производства и энергетики. В роли «свалки» для этих отходов выступают страны «третьего мира». После одобрения премьер-министром  В.Путиным закона о ввозе для переработки отработанного ядерного топлива в ряд с этими странами встала и Россия. Трудно оценить тот ущерб, который будет нанесён почвам и грунтовым водам нашей страны в результате захоронения чужих реактивных отходов. Впрочем, блеск сиюминутной выгоды не позволяет нам разглядеть тревожные тени грядущего.

   Исследование позволило мне, сравнивая мнения о проблеме различных учёных, сформулировать свою точку зрения по этому вопросу. В процессе работы я обращалась к различным СМИ.  Из них я узнала о мировом ресурсном потенциале, о перспективах развития энергетики и о проблемах, с которыми может столкнуться эта отрасль. Также я с удовольствием открыла для себя инновационные разработки учёных в сфере управляемого термоядерного синтеза и разложения водорода. Конечно, я ещё только прикоснулась к интересному миру альтернативной энергетики, и многие вопросы остались для меня ещё не раскрытыми, но опыт исследовательской работы, которая со временем может перерасти в проект,  побуждает работать, узнавать, экспериментировать дальше.

 

 

Цели и задачи исследования

 

   Я не случайно выбрала в год истории России темой своей исследовательской работы альтернативную энергетику, ведь «энергетический вопрос» прямо или косвенно затрагивает все сферы жизни общества нашей страны и мира: экономическую (это позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки их в химической и других отраслях промышленности), политическую (страна, которая первой перейдёт к АИ, будет претендовать ни мировое первенство и будет диктовать цены на мировые ресурсы), социальную (переход к АИ позволит снизить социальную напряжённость) и другие.

   Этот вопрос тем более актуален, что многие ученые сегодня задаются вопросом: надолго ли хватит энергетических ресурсов, исторические процессы освоения которых я изучала?

Проблемные  вопросы:

Работая над исследованием, я пыталась сформулировать ответ на следующие вопросы:

- Не грозят ли нам ресурсные войны?

- Насколько велико влияние альтернативной энергетики на экологию?

- Каково будущее мирного атома?

- Не станет ли Россия, подобно странам «третьего мира», свалкой для отходов  ядерной энергетики?

 

 

         «Вода – это уголь будущих веков»

                                                                                                                Жюль Верн

 

 

 

ПЛАН

  1. Введение ( с.7-8)

 

2. Ветровая энергия ( с 8-11)

 

2.1. Хранение ветровой энергии (с.11)

 

3. Энергия Солнца (с. 12-15)

 

4. Геотермальная энергетика ( с.15-16)

 

5. Управляемый термоядерный синтез. Термоядерное оружие нового поколения ( с. 16-19)

 

6. Водород и перспективы его использования ( 19-21)

 

7. Альтернативные источники энергии. Мировой опыт использования.(с. 21-25)

8. Энергетические проблемы России ( с. 25-27)

 

9. Проблема захоронения ядерных отходов на территории Российской Федерации ( с. 27-28)

10. Мировое энергопотребление ( с. 28 -29)

10.    Резюме (с. 29-31)

 

11.    Мои личные выводы и предложения (с. 31-32)

12.     Используемая литература ( с 32 -33)

 

 

1. Введение

Как известно, немалая часть загрязнения экосистемы состоит из продуктов переработки, сжигания, добычи таких видов топлива как: уголь, нефть, газ, считаемых традиционными. Глобальный спрос на энергию увеличивается примерно на 3% в год. В 2025 году энергопотребление составит 22,8 млрд. т у. т. Мировые запасы традиционных энергетических ресурсов, по оценкам специалистов, составляют: угля - более 1500 млрд. тонн, нефти - 170 млрд. т, газа - 172 трлн. куб. м. По прогнозам, мировых запасов угля, нефти и газа при непрерывном росте промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли, хватит на 100 лет и более.

В течение многих лет человечество ищет замену традиционным энергоресурсам. В качестве альтернативных источников энергии предлагаются геотермальные воды и недра планеты, водород и радиоактивные материалы, мощные потоки поверхностной воды и многое другое. Но каждый из этих источников имеет свои недостатки, которые порой не оправдывают их достоинства. Атомная энергия очень дорога и опасна, гидроэнергия требует наличия текущей воды, а способы использования сейсмической энергии только начинают разрабатываться.

Существуют "традиционные" виды альтернативной энергии - энергия воды, Солнца, ветра, энергия морских волн, приливов и отливов, без которых трудно представить энергетику ближайшего будущего. Но их использование не дает достаточного результата, чтобы отказаться от традиционных источников энергии, поэтому человечество продолжает искать другие способы заменить их.

В этой работе я перечислю и охарактеризую некоторые основные альтернативные источники энергии, используемые человечеством, и мы выберем наиболее перспективный из них.

К числу основных возобновляемых источников энергии относится гидроэнергетика. Экономический потенциал гидроэнергетики (без малой) в мире составляет около 8100 ТВт*ч в год. На сегодня доля гидроэнергии в общем производстве электроэнергии составляет 16%, в мировом топливном балансе - 6%. В мире действуют более 7000 ГЭС, общей мощностью 715 ГВт. Крупнейшими производителями электроэнергии являются Бразилия, Канада, США, Китай, Россия. В ближайшие годы в мире планируется строительство новых гигантских ГЭС, общей мощностью до 140 ГВт, что позволит увеличить производство гидроэнергии на 20%. Для многих стран малая и возобновляемая энергетика уже в настоящее время является важным компонентом энергообеспечения. Она играет существенную роль в энергоснабжении Дании, Исландии, Новой Зеландии, Канады, Германии, Норвегии, Испании и других стран.

За последние десятилетия устойчивое положение в мировой электроэнергетике заняла малая гидроэнергетика. В международной терминологии выделяются малые ГЭС, мощностью от 1 до 10 МВт, мини-ГЭС, мощностью от 100 кВт до 1 МВт, и микро-ГЭС, мощностью менее 100 кВт. Установленная мощность малых ГЭС, от общей мощности в Китае -  46%, в Японии - 6%, в России - 2%.

В России сегодня эксплуатируются около 300 малых ГЭС,  суммарной мощностью 1 ГВт, планируется увеличение мощности малых и микро-ГЭС в 2015 году до 2200 МВт. Ожидается, что к 2020 году общая мощность малых ГЭС в мире увеличится вдвое.

Однако,  развитие гидроэнергетики требует учета территориальных аспектов. Строительство гидроэлектростанций является целесообразным и экономически выгодным только для горных рек. В противном случае, при строительстве ГЭС на равнинных реках, возникает ряд негативных последствий как экономических, так и экологических. Наиболее серьезными и общими являются:

- затопление земель, изъятие их из хозяйственного оборота;

- снижение скорости течения рек, замедление водообмена и самоочищения;

- изменение микроклимата окружающей территории;

- подтопление берегов, заболачивание, развитие оползневых процессов.

Перечень совершенных ошибок при строительстве ГЭС немал. Вот лишь несколько примеров, представляющих бедствия и экологические угрозы:

·  ·Новосибирская ГЭС отсекла большую часть нерестилищ, резко снизив промысловые уловы сибирского осетра; в 1999 г. он занесен в Красную книгу России;

·  ·при строительстве Братской ГЭС в ложе водохранилища оставили строевую сосну, которая стала разлагаться, превратив водохранилище в мертвый водоем;

·  ·сооружение на Енисее Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС привело к необратимым процессам: изменению микроклимата региона, нарушению водного и теплового баланса реки. Прогретые массы водохранилищ не позволяют реке полностью покрыться льдом. Во время ледохода создаются заторы, перегораживающие реку по всей ширине, бомбежка которых малоэффективна. Каждый ледоход приносит местным жителям большие беды;

·  ·Иркутская ГЭС построена в сейсмически активной зоне; катастрофическое разрушение плотины приведет к уничтожению ряда городов вдоль Ангары;

·  ·Многие города Сибири: Новосибирск, Красноярск, Иркутск и другие - находятся ниже водохранилищ с высокими плотинами. Природная катастрофа или диверсионный взрыв могут привести к уничтожающему наводнению.

 

2. Ветровая энергия

 

Мы живем на дне воздушного океана, в мире ветров. Люди давно это поняли, они постоянно ощущали на себе воздействие ветра, хотя долгое время не могли объяснить многие явления. Наблюдением за ветрами занимались еще в Древней Греции. Уже в III в. до н. э. было известно, что ветер приносит ту или иную погоду. Правда, греки определяли только направление ветра. В Афинах около 100 г. до н. э. построили так называемую Башню ветров с укрепленной на ней "розой ветров" (башня существует по сей день, нет только «розы» ). В Японии и Китае также были известны розы ветров, изготовленные в виде драконов, они указывали направление ветра. Но главное назначение их было иное: отпугивать злых духов - чужие ветры. Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры, от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории - от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима мужественным людям, обживающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. По оценкам различных авторов, общий ветроэнергетический потенциал Земли равен 200 Вт, однако возможности использования этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. Среднегодовая скорость ветра на высоте 20-30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока достигала значения, приемлемого для преобразования. Ветроэнергетическая установка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2 (скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м2.

Энергия, содержащаяся в потоке движущегося воздуха, пропорциональна кубу скорости ветра. Однако не вся энергия воздушного потока может быть использована даже с помощью идеального устройства. Теоретически коэффициент полезного использования (КПИ энергии воздушного потока   может быть равен 59,3 %. На практике,  согласно опубликованным данным, максимальный КПИ энергии ветра в реальном ветроагрегате равен приблизительно 50 %, однако  и этот показатель достижим  не при всех скоростях, а только при оптимальной скорости,  предусмотренной проектом. Кроме того, часть энергии воздушного потока теряется при преобразовании механической энергии в электрическую, которое осуществляется с КПД  обычно 75-95 %. Учитывая все эти факторы, удельная электрическая мощность, выдаваемая реальным ветроэнергетическим агрегатом, видимо, составляет 30-40 % мощности воздушного  потока при условии, что этот агрегат работает устойчиво в диапазоне скоростей, предусмотренных проектом. Однако иногда ветер имеет скорость, выходящую за пределы расчетных скоростей. Скорость ветра бывает настолько низкой, что ветроагрегат совсем не может работать, или настолько высокой, что ветроагрегат необходимо остановить и принять меры по его защите от разрушения. Если скорость ветра превышает номинальную рабочую скорость, часть извлекаемой механической энергии ветра не используется, с тем чтобы не превышать номинальной электрической мощности генератора. Учитывая эти факторы, удельная выработка электрической энергии в течение года, видимо, составляет 15-30% энергии ветра, или даже меньше, в зависимости от местоположения и параметров ветроагрегата.

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэнергетические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.

Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину -  генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы. Аккумуляторная батарея автоматически подключается к генератору в тот момент, когда напряжение на его выходных клеммах становится больше, чем на клеммах батареи, и также автоматически отключается при противоположном соотношении.

В небольших масштабах ветроэлектрические станции нашли применение несколько десятилетий назад. Самая крупная из них, мощностью 1250 кВт, давала ток  на все электроснабжения американского штата Вермонт непрерывно с 1941 по 1945 г, Однако после поломки ротора опыт прервался - ротор не стали ремонтировать, поскольку энергия от соседней тепловой электростанции обходилась дешевле. По экономическим причинам прекратилась эксплуатация ветроэлектрических станций и в европейских странах.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они (агрегаты) успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных  ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования. Американец Генри Клюз в штате Мэн построил две мачты и укрепил на них ветродвигатели с генераторами: 20 аккумуляторов по 6 В и 60 по 2 В служат ему в безветренную погоду, а в качестве резерва он имеет бензиновый движок. За месяц Клюз получает от своих ветроэнергетических агрегатов 250 кВт/ч энергии; этого ему хватает для освещения всего хозяйства, питания бытовой аппаратуры (телевизора, проигрывателя, пылесоса, электрической пишущей машинки), а также для водяного насоса и хорошо оборудованной мастерской.

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует высокая себестоимость

Сейчас созданы самые разнообразные прототипы ветроэлектрических генераторов (точнее, ветродвигателей с электрогенераторами). Одни из них похожи на обычную детскую вертушку, другие - на велосипедное колесо с алюминиевыми лопастями вместо спиц. Существуют агрегаты в виде карусели  и даже в виде мачты с системой подвешенных друг над другом круговых ветроуловителей, с горизонтальной или вертикальной осью вращения, с двумя или пятьюдесятью лопастями.

На рис 2 схематически показана ветроэлектрическая установка, построенная Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в штате Огайо. На башне высотой 30,5 м укреплен генератор в поворотном обтекаемом корпусе; на валу генератора находится пропеллер с двумя алюминиевыми лопастями длиной 19 м и весом 900 кг. Агрегат начинает работать при скорости ветра 13 км/ч, а наибольшей производительности (100 kB/ч)достигает  при 29 км/ч.  Максимальная скорость  вращения пропеллера составляет 40 об/мин.

В проектировании установки самая трудная проблема состояла в том, чтобы при разной силе ветра обеспечить одинаковое число оборотов пропеллера. Поэтому угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируют  за счет поворота их вокруг продольной оси: при сильном ветре  угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей энергии. Помимо регулирования лопастей весь генератор автоматически поворачивается на мачте против ветра.

2.1. Хранение ветровой  энергии.

 

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет  насос, который накачивает воду в расположенный выше резерв, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы  проектирования обычных, хотя и маломощных, аккумуляторных батарей до сооружения гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном  виде, сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Американский ученый Уильям Херонимус считает, что производить водород за счет энергии ветра лучше всего на море. С этой целью он предлагает установить у берега высокие мачты с ветродвигателями диаметром 60 м и генераторами.

 

 

 

 

3. Энергия Солнца.

Для древних народов Солнце было богом. В Древнем Египте, культура которого восход четвертому тысячелетию до н.э., верили, что род фараонов ведет свое происхождение от Ра - бога Солнца. Надпись на одной из пирамид представляет фараона как наместника Солнца на Земле, "который исцеляет нас своей заботой, когда выйдет, подобно Солнцу, что дает зелень землям. Каждый взор устрашится, когда увидит его в образе Ра, что встает над горизонтом". Своей жизнетворной силой Солнце всегда вызывало у людей чувства поклонения и страха. Народы, тесно связанные с природой, ждали от него милостивых даров - урожая и изобилия, хорошей погоды и свежего дождя или же кары - ненастья, бурь, града. Поэтому в народном искусстве мы всюду  видим изображение Солнца: над фасадами домов, на вышивках, в резьбе и т. д.

Почти всe источники энергии так или иначе используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ не что иное, как "законсервированная" солнечная энергия. Она заключена в этом топливе с незапамятных времен. Под действием солнечного тепла и света на Земле росли растения, накапливали в себе энергию, а потом, в результате длительных процессов, превратились в употребляемое сегодня топливо. Солнце каждый год дает человечеству миллиарды тонн зерна и древесины. Энергия рек и горных водопадов также происходит от Солнца, которое поддерживает круговорот воды на Земле.

Во всех приведенных  примерах солнечная энергия используется косвенно, через многие промежуточные превращения. Заманчиво было бы исключить их и найти способ непосредственно преобразовывать тепловое и световое излучение Солнца, падающее на Землю. Большая часть этой энергии рассеивается  или поглощается, и только треть ее достигает земной поверхности. Но даже такая ничтожная величина в 1600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Согласно  легенде, Архимед, находясь на берегу, уничтожил неприятельский римский   флот под Сиракузами. Как? При помощи зажигательных зеркал. Известно, что подобные зеркала делались также в VI веке. А в середине XVIII столетия французский естествоиспытатель Ж. Бюффон производил опыты с большим вогнутым зеркалом, состоящим из множества маленьких плоских. Они были подвижными и фокусировали в одну точку отраженные солнечные лучи. Этот аппарат был способен в ясный летний день с расстояния 68 м довольно быстро воспламенить пропитанное смолой дерево. Позднее во Франции было изготовлено вогнутое зеркало диаметром 1,3 м, в фокусе которого можно было за 16 секунд расплавить чугунный стержень. В Англии же отшлифовали большое двояковыпуклое стекло. С его помощью удавалось расплавлять чугун за три секунды, гранит - за минуту. На Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор,  в сущности, первое устройство, превращавшее солнечную энергию в механическую. Но принцип был тем же: большое вогнутое зеркало фокусировало солнечные лучи на паровом котле, который приводил в движение печатную машину, делавшую по 500 оттисков газеты в час.

Сегодня, преобразуя солнечное излучение в электрическую энергию,  мы руководствуемся двумя возможностями: использовать солнечную энергию как источник  тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов) или же непосредственно преобразовать солнечную энергию в электрический ток в солнечных элементах. Реализация обеих возможностей пока находится в зачаточной стадии. В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал  для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т. д.

Энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), любая установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее устройство (коллектор) с достаточной поверхностью.

Устройство такого рода, плоский коллектор, - это черная плита хорошо изолированная снизу. Она прикрыта стеклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В пространстве  между плитой и стеклом чаще всего размещают черные трубки, через которые текут вода, масло, ртуть, воздух, сернистый ангидрид и т. п. Солнечное излучение, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается черными трубками и плитой и нагревает рабочее вещество в трубках. Тепловое излучение не может выйти из коллектора, поэтому температура в нем значительно выше (на 200-500°С), чем температура окружающего воздуха. В этом проявляется так называемый парниковый эффект. Обычные садовые парники представляют собой простые коллекторы солнечного излучения. Но чем дальше от тропиков, тем менее эффективен горизонтальный коллектор, поворачивать его вслед за Солнцем слишком трудно и дорого, поэтому коллектор, как правило, устанавливают под определенным углом к югу.

Более сложным и дорогостоящим коллектором является вогнутое зеркало, которое сосредоточивает падающее излучение в малом объеме около определенной геометрической точки - фокуса. Отражающая поверхность зеркала выполнена из металлизированной пластмассы либо составлена из многих плоских зеркал, прикрепленных к большому параболическому основанию. Благодаря специальным механизмам коллекторы такого типа постоянно повернуты к Солнцу. Это позволяет собирать возможно большее количество солнечного излучения. Температура в рабочем пространстве зеркальных коллекторов достигает 3000°С и выше. Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на  установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы. С 1938 года на Керченском полуострове работает Крымская солнечная электростанция. Уж если где и строить такие станции, так это в первую очередь в краю курортов, домов  отдыха, туристических маршрутов; в краю, где надо много энергии, но еще важнее сохранить в чистоте окружающую среду, само благополучие которой, и прежде всего чистота воздуха, целебно для человека. Крымская СЭС невелика, мощность всего 5 МВт. В определенном смысле она проба сил. Хотя, казалось бы, чего еще надо пробовать, когда известен опыт строительства гелиостанций в других странах.

На острове Сицилия находится солнечная электростанция мощностью 1 МВт. Принцип ее работы тоже башенный. Зеркала фокусируют солнечные лучи на приемнике, расположенном на 50-метровой высоте. Там вырабатывается пар с температурой более 600 С, который приводит в действие традиционную турбину с подключенным к ней генератором тока. Неоспоримо, что на таком принципе могут работать электростанции мощностью 10- 20 МБ;  и гораздо больше, если группировать подобные модули, подсоединяя их друг к другу.

Несколько иного типа электростанция в Алькери на юге Испании. Ее отличие в том, что сфокусированное на вершину башни солнечное тепло приводит в движение натриевый круговорот, а тот уже нагревает воду до образования пара. Натриевый аккумулятор  дает возможность частично накапливать избыточную энергию для работы в пасмурную погоду и ночью.

Мощность испанской станции имеет всего 0,5 МВт. Но на ее принципе могут быть созданы куда более крупные - до 300 МВт. В установках этого типа концентрация солнечной энергии настолько высока, что КПД паротурбинного процесса здесь ничуть не хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях. По мнению специалистов, наиболее привлекательной идеей относительно преобразования солнечной энергии является использование фотоэлектрического эффекта в полупроводниках.

Электростанция на солнечных батареях вблизи экватора с суточной выработкой 500 МВт-ч (примерно столько энергии вырабатывает довольно крупная ГЭС) при к.п.д. 10% потребовала бы эффективной поверхности около 500000 м2. Ясно, что такое огромное количество солнечных полупроводниковых элементов может окупиться только тогда, когда их производство будет действительно дешево. Эффективность солнечных электростанций в других зонах Земли была бы мала из-за неустойчивых атмосферных условий, относительно слабой интенсивности солнечной радиации, которую даже в солнечные дни сильнее поглощает атмосфера. Тем не менее, солнечные фотоэлементы уже сегодня находят свое  применение. Они оказались практически незаменимыми источниками  электрического тока в ракетах, спутниках и автоматических межпланетных станциях, а на Земле - в первую очередь для питания телефонных сетей в неэлектрифицированных районах или же для малых потребителей тока (радиоаппаратура, электрические бритвы и зажигалки и т.п.). Полупроводниковые солнечные батареи впервые были установлены на третьем советском искусственном спутнике Земли (запущенном на орбиту 15 мая 1958 г.). Идет работа, идут оценки. Пока они, надо признать, не в пользу солнечных электростанций: сегодня эти сооружения все еще относятся к наиболее сложным и самым дорогостоящим техническим методам использования гелиоэнергии. Нужны новые варианты, новые идеи. Недостатка в них нет. С реализацией хуже.

 

 

 

 

4. Геотермальная энергетика

 

Земля -  маленькая зеленая планета,наш общий дом, из которого мы пока не можем да и не хотим, уходить. По сравнению с мириадами других планет, Земля, действительно, невелика: большая ее часть покрыта уютной и живительной зеленью. Но эта  спокойная планета порой приходит в ярость, и тогда с ней шутки плохи - она способна уничтожить все, что милостиво дарила нам с незапамятных времен. Грозные смерчи и тайфуны уносят тысячи жизней, неукротимые воды рек и морей разрушают все на своем пути, лесные пожары за считанные часы опустошают огромные территории вместе с постройками и посевами.

Но все это мелочи по сравнению с извержением проснувшегося вулкана. Едва ли есть на Земле другие примеры стихийного высвобождения природной энергии, которые  по силе могли бы соперничать с некоторыми вулканами.Свидетели  знают о стихийных проявлениях энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже небольшого вулкана колоссальна, сна многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится - нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да к счастью, извержения эти -  достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через oгнедышащие жерла вулканов.

Энергетика земли - геотермальная энергетика, базируется на использовании природной  теплоты Земли. Верхняя часть земной коры имеет термический градус, равный 20-30 °С в расчете на км глубины, и, по данным Уайта (1965 г.), количество теплоты, содержащейся в земной коре до глубины 10 км, равно приблизительно 12,6-10л26 Дж. Эти ресурсы эквивалентны теплосодержанию 4,6-1016 т угля (принимая среднюю теплоту сгорания угля равной 27,6-109 Дж/т), что более чем в 70 тыс. раз превышает теплосодержание всех технически и экономически извлекаемых мировых ресурсов. Однако геотермальная теплота в верхней части земной коры слишком рассеяна, чтобы на ее базе решать мировые энергетические проблемы. Ресурсы, пригодные для промышленного использования, представляют собой отдельные месторождения геотермальной энергии,сконцентрированной на доступной для разработки глубине, имеющие определенные объемы и температуру, достаточные для использования их в целях производства электрической энергии или теплоты.

С геологической точки зрения геотермальные энергоресурсы можно разделить на гидротермальные конвективные системы, горячие сухие системы вулканического

происхождения и системы с высоким тепловым потоком.

 

5. Управляемый термоядерный синтез

 

В качестве важной задачи для атомной отрасли, на долгосрочную перспективу, Президентом Российской Федерации Д.А.Медведевым поставлен выход на освоение технологий управляемого термоядерного синтеза как основы энергетики будущего. На решение этой задачи нацелен проект «Управляемый термоядерный синтез».

В настоящее время во всем мире принимаются стратегические решения по развитию и освоению новых источников энергии. Необходимость разработки таких источников связана с ожидаемым дефицитом производства энергии и ограниченностью топливных ресурсов.

Одним из наиболее перспективных инновационных источников энергии является управляемый термоядерный синтез (УТС). Энергия синтеза выделяется при слиянии ядер тяжелых изотопов водорода. Топливом для термоядерного реактора служат вода и литий, запасы которых практически не ограничены. В земных условиях реализация УТС представляет сложную научно-технологическую задачу, связанную с получением температуры вещества более 100 миллионов градусов и термоизоляцией области синтеза от стенок реактора.

Термоядерный синтез - это долгосрочный проект, создание коммерческой установки ожидается к 2040-2050 году. Наиболее вероятный сценарий овладения термоядерной энергией предполагает реализацию трех этапов:

-        освоение режимов длительного горения термоядерной реакции;

-        демонстрация производства электроэнергии;

-        создание промышленных термоядерных станций.

В рамках международного проекта ИТЭР (международный термоядерный экспериментальный реактор) предполагается продемонстрировать техническую возможность удержания плазмы и получения энергии.

Основная программная цель проекта ИТЭР заключается в демонстрации научной и технической возможности получения энергии за счет реакций синтеза (слияния) изотопов водорода - дейтерия и трития. Проектная термоядерная мощность реактора ИТЭР составит порядка 500 МВт при температуре плазмы в 100 млн. градусов.

В ноябре 2006 года всеми участниками проекта ИТЭР - Европейским союзом, Россией, Японией, США, Китаем, Кореей и Индией подписаны Соглашения о создании Международной организации ИТЭР по термоядерной энергии для совместной реализации проекта ИТЭР. Этап сооружения реактора начался с 2007 года.

Участие России в проекте ИТЭР заключается в разработке, изготовлении и поставке на площадку сооружения реактора (г.Кадараш, Франция) основного технологического оборудования и внесению денежного взноса, составляющих в целом около 10% от полной стоимости сооружения реактора Такая же доля вклада у США, Китая, Индии, Кореи и Японии.

Решаемые задачи: достижение равенства затрат и выработки энергии Последнее поколение токамаков позволило вплотную приблизиться к осуществлению управляемого термоядерного горения с большим выделением энергии.

В нашей стране проблема нехватки энергоносителей и электроэнергии пока остро не стоит. Но поскольку цены на нефть все растут, а запасы ее отнюдь не бесконечны, то эта проблема может остро проявиться в относительно недалеком будущем. В России есть условия для использования всех типов возобновляемых источников энергии.

Однако вложения в эту отрасль окупаются далеко не сразу. И несмотря на то, что в перспективе электростанции, использующие возобновляемые источники энергии окупают себя, начальные капиталовложения очень велики, и далеко не всякое предприятие может себе это позволить. К тому же, электроэнергия, получаемая из традиционных источников все еще дешевле, хотя при существующих темпах роста тарифов нельзя быть уверенным, что через несколько лет ситуация не изменится. Энергия же, получаемая из возобновляемых источников становиться все дешевле. А как только использование альтернативных источников станет выгодным, в эту отрасль тут же последуют огромные капиталовложения. Но у традиционных, экологически вредных видов электростанций есть важное преимущество перед альтернативными – их мощность и относительно малые площади. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что полностью вытеснить традиционные энергоносители из использование альтернативным в обозримом будущем не удастся.

У возобновляемых источников энергии хорошие перспективы массового применения в северных районах нашей страны, где нет единой энергосети. Их уже активно используют, но перспективы расширения там еще велики.

Спрос на маломощные установки, использующие возобновляемые источники энергии в нашей стране довольно низок по нескольким причинам. Первая из них – высокие начальные капиталовложения. Вторая – психологический фактор. Люди привыкли к использованию существующих энергосетей, многие просто не доверяют новым технологиям. Поэтому без длительной и дорогостоящей рекламной компании нечего и думать о появлении высокого спроса на маломощные установки, работающие на альтернативных источниках энергии, со стороны населения. Шум производимый ветряными электростанциями, самыми дешевыми из альтернативных, сильно снижает их привлекательность в глазах покупателей.

Я считаю, что в скором времени одна или несколько крупных компаний, работающих в области энергетики начнут внедрять электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии. Они способны на крупные капиталовложения, и при постепенном внедрении нового товара, смогут сохранить свои позиции на рынке электроэнергии, а то и улучшить его. Но они начнут это только когда получат государственную поддержку, в том числе и материальную, либо когда запасы традиционных энергоносителей подойдут к концу.

Термоядерное оружие нового поколения может резко снизить порог применимости ядерных вооружений и нарушить сложившийся стратегический баланс

В июле 2006 г. во время операций против боевиков ливанского движения "Хезболла" израильская армия применила так называемые противобункерные бомбы. При этом в пробах грунта, взятых из бомбовых воронок, были обнаружены следы обогащенного урана. Одновременно было установлено, что радиоактивный распад осколков деления не сопровождался гаммаизлучением и образованием изотопа цезия137, а уровень радиации, высокий внутри воронок, на удалении нескольких метров от них уменьшался примерно наполовину.

Не исключена возможность, что в Южном Ливане Израилем было применено ядерное оружие (ЯО) нового поколения. Оно могло быть доставлено в Израиль из США специально для его испытаний в боевых условиях. Эксперты также предполагают, что подобное оружие уже использовалось в Ираке и Афганистане.

Отсутствие продуктов взрыва с длительным периодом распада, а также незначительное по площади радиоактивное загрязнение местности позволяют предположить, что в Южном Ливане могли применяться так называемые "чистые" термоядерные боеприпасы.

Известно, что существующие термоядерные заряды не обеспечивают заметной локализации (как по времени, так и по площади) масштабов радиоактивного загрязнения окружающей среды, поскольку работа их вторичного узла инициируется за счет реакции деления тяжелых ядер, следствием которой как раз и является долговременное радиоактивное загрязнение местности.

До сих пор именно последнее обстоятельство гарантировало высокий порог применения любых типов нынешнего ядерного оружия, включая ЯО малой и сверхмалой мощности. Теперь же, если результаты независимых экспертиз соответствуют действительности, можно говорить о появлении новых термоядерных боеприпасов, наличие которых на вооружении резко снижает психологический порог применимости ЯО.

При этом "чистые" термоядерные боеприпасы не подпадают в настоящее время под ограничения ни одного из существующих международных договоров и формально становятся по условиям своего применения на один уровень с обычным высокоточным оружием (ВТО), значительно превосходя последнее по разрушительной мощи.

Среди специалистов пока нет единой точки зрения, насколько далеко США и другие ведущие иностранные государства продвинулись в процессе разработки "чистых" термоядерных боеприпасов.

Между тем, косвенным подтверждением того, что в условиях строгой секретности работы по их созданию уже ведутся в США полным ходом, являются результаты практической деятельности нынешней американской администрации по реформированию своих стратегических наступательных сил (СНС).

О планах создания термоядерных боеприпасов нового поколения также свидетельствуют предпринимаемые Великобританией усилия, нацеленные на изменение существующей структуры своих стратегических ядерных сил (СЯС) и развертывание новой научноисследовательской инфраструктуры для исследования проблем термоядерного синтеза.

Американское руководство первым среди ведущих иностранных государств осознало, что как нынешнее "грязное" стратегическое ядерное оружие, так и обычное ВТО, о котором много говорилось в рамках дискуссий о необходимости скорейшего перехода к концепции "неядерного сдерживания", сейчас не позволяют обеспечить решение всех задач, возлагаемых на стратегические силы.

В первую очередь это касается гарантированного уничтожения стратегических высокозащищенных и сильнозаглубленных целей (ВЗСЗЦ) противника, а также нейтрализации химических и биологических компонентов оружия массового уничтожения (ОМУ).

Новая американская ядерная стратегия

Анализ принятой в 2002 г. США новой ядерной стратегии показывает, что "чистому" термоядерному оружию отведена роль краеугольного камня перспективной американской стратегической триады.

 

6. Водород и перспективы его использования

Сейчас автопроизводители только и говорят о водородных разработках. Что же такое водород? Рассмотрим его немного подробнее.
Водород – первый элемент химической таблицы, его атомный вес равен 1. Это одно из самых распространенных веществ во Вселенной, например из 100 атомов из которых состоит наша планета 17 – водород.
Водород - топливо будущего. Он имеет массу преимуществ по сравнению с другими видами топлива и имеет огромные перспективы его заменить. Он может быть использован абсолютно во всех отраслях современного производства и транспорта, даже газ, на котором готовиться пища, можно запросто, без каких либо переделок, заменить на водород.
Почему же водород не получил до сих пор широкого внедрения? Одна из проблем заключается в технологиях его получения. Пожалуй, единственным эффективным на данный момент способом его получения является электролитический способ – получение из вещества воздействием сильного электрического тока. Но на данный момент, большая часть электричества получается на теплоэлектростанциях, и поэтому возникает вопрос «А стоит ли игра свеч?». Но внедрение в производство электричества атомной энергии, энергии ветра и солнца, наверное, исправит эти проблемы.
Это вещество содержится практически во всех веществах, но больше всего его в воде. Как сказал писатель-фантаст Жюль Верн: «Вода – это уголь будущих веков». Это высказывание можно отнести к разряду предсказаний. Этого «угля» на поверхности больше чем чего либо еще, так что водородом мы будем обеспечены на долгие годы.
Об экологической чистоте водорода можно сказать только одно: при его сгорании и реакциях в топливных элементах образуется вода и ничего кроме воды.
Топливный элемент – пожалуй, самый эффективный способ получения энергии из водорода. Он работает по принципу батарейки: в топливном элементе имеется два электрода, между ними движется водород, происходит химическая реакция, на электродах появляется электрический ток, а вещество превращается в воду. 
Поговорим о применении водорода в автомобилях. Идея замены обычного шумного и дымного бензина на абсолютно чистый газ возникла много лет назад, причем как в Европе так и в СССР. Но разработки в этой сфере велись с переменным успехом. А сейчас наступил апогей желания автопроизводителей получить независимость от нефти. Каждая, уважающая себя, компания имеет разработки в этой сфере.
Hydrogen в автомобиле может быть использован двумя способами: или сжигаться в двигателе внутреннего сгорания, или использоваться в топливных элементах. Основное количество новых концепткаров используют технологии топливных элементов. Но такие компании как Mazda и BMW пошли по второму пути и на это есть веские причины.
Автомобиль на топливных элементах – простая и чрезвычайно надежная система, но ее широкому распространению мешает инфраструктура. Например, если купить автомобиль на топливных элементах и использовать его в нашей стране, то на заправку придется ездить в Германию. А инженеры BMW пошли другим путем. Они построили автомобиль, использующий водород как горючее топливо, причем этот автомобиль может использовать как бензин, так и водород, как многие современные автомобили, оснащенные системой питания газ-бензин. Таким образом, если в вашем городе появилась хотя бы одна заправка, торгующая таким топливом – вы смело можете покупать водородный BMW Hydrogen 7.
Еще одной проблемой внедрения водорода - является его способ хранения. Вся сложность заключается в том, что атом водорода – самый маленький по размерам в химической таблице, а это значит, что он может проникать практически сквозь любое вещество. Это значит, что даже самые толстые стальные стенки будут медленно, но верно его пропускать. Эта проблема сейчас решается химиками.
Еще одна загвоздка – сам бак. 10 кг водорода могут заменить 40 кг бензина, но дело в том, 10 кгвещества занимают объем 8000 л.! А это целый олимпийский бассейн! Для уменьшения объема газа его нужно сжижать, а сжиженный водород надо безопасно и удобно хранить. Баки современных водородных автомобилей весят около 120 кг, что почти в два раза больше стандартных баков. Но и эта проблема скоро будет решена.
Преимуществ у водородного топлива намного больше чем недостатков. Водород сгорает намного эффективнее, не имеет вредных веществ выхлопе, не производит сажи, а это значительно увеличивает ресурс автомобилей. Водород – легко возобновляемое топливо, поэтому природа не получит практически никакого вреда.
Основным препятствием водородных технологий является инфраструктура. Очень немногие в мире заправки на данный момент готовы заправить автомобиль водородом, хотя серийные автомобили на водороде уже производит Honda и готовиться к производству BMW. В странах бывшего советского союза о водородном автомобиле вообще можно пока и не мечтать. До появления водородных заправок пройдет еще не один год, а может и десяток лет. Остается ждать, когда же и мы вместе со всем миром начнем спасать планету от экологической катастрофы.

 

7. Альтернативные источники энергии. Опыт использования в мире.

Вопрос о «мягких» источниках энергии не простой. Их называют еще альтернатив­ными, противопоставляя традиционным загрязняющим — углю, нефти, газу. Крупнейший советский физик ака­демик П. П. Капица считал, что альтернативные источники в обозримом будущем не смогут серьезно потеснить традиционные энергоносители. Видимо, такая точка зрения справедлива, хотя важную роль при этом могут сыграть цены на нефть.

   Во-первых, неверно говорить об абсолютной экологической чистоте альтернативных источников. Например, для сооружения СЭС (станции на солнечной энергии) необходимо боль­шое количество зеркал, металла и других материалов, и если включить «экологические затраты» на их производство, картина будет иной. Во-вторых, следует учитывать затраты, неизбежные при отчуждении земель под строительство станций этих типов.

 

Площади отчужденных земель (в среднем), необходимые для производства 1 МВт электроэнергии в год на электростанциях разного типа

Тип станций

Площадь, м2

АЭС

630

ТЭС

 

на жидком топливе

870

на природном газе

1500

на угле

2400

Солнечные электростанции

100000

ГЭС

265000

Ветроэнергетические станции

1700000

 

В-третьих, и это самое важное,— себестоимость энергии на альтернативных станциях остается крайне высокой, однако для разных видов станций разрыв очень разнится.

Ветровая энергия ближе других альтернативных видов по­дошла к порогу рентабельности. Штат Калифорния уже стал крупнейшим в мире районом развития ветровой энергетики. За ним следует западное побережье Ютландского полуострова, где ФРГ и Дания создали свои «ветровые парки». В 1995 г. мощность подобных станций в Северной Америке достигла 1000—1600 МВт, в Западной Европе — 1000—1500 МВт. За­метная доля ВЭС достигнута  в Дании — до 10%. Общее число таких установок в мире составляет 20 тысяч, причем энергия ветра в этих районах становится почти конку­рентоспособной (1 кВт'Ч обходится в 6—8 центов). Дания — один из пионеров ветровой энергетики — превратилась в крупнейшего экспортера турбин средней мощности и продает их в ту же Калифорнию. Индия во второй половине 90-х годов планирует довести этот сектор до 5 млн кВт. Обширный план создания ветровых станций принят и в КНР. Однако для замены атомного реактора тепловой мощности в 1 млн кВт крупнейшими по сегодняшним понятиям ветроустановками (мощностью в 100 кВт) их потребуется 10 тысяч, что не очень равноценно, так как ветер дует отнюдь не круглый год даже в наиболее «продуваемых» районах.

В ведущих странах мира все более пристальное внимание привлекает гелиоэнергетика. Мировой рекорд эффективности солнечных батарей был достигнут сначала в Стэндфордском университете США (Калифорния), где 28,5% солнечной энер­гии, падающей на батарею, превращалось в электрическую. Позже этот рекорд на 2% был перекрыт учеными из Пало- Альто (в «Кремниевой долине» — крупнейшем научно-производственном комплексе мира).

Самые крупные СЭС построены тоже в Калифорнии, их типовая мощность невелика (30 тыс. кВт), а технология про­ста — системы вогнутых солнечных рефлекторов, нагреваю­щихся до 100—400 °С. Одна такая станция способна снабжать энергией до 10 тыс. американских домов. В пустыне Мохава, где находится тренировочный центр авиакосмической про­мышленности США, работает СЭС мощностью 355 МВт, т. е. примерно такой же, как средняя станция на угле или мазуте. 

Если в 1970 г. стоимость 1 кВт • ч на СЭС была невероятно высокой и абсолютно неконкурентоспособной — 60 долл., то в 1980 г. она снизилась до 1 долл., а в 1990 г.— до 30 центов, однако и сейчас превышает стоимость энергии на газовой станции в 5 раз.

Однако в целом развитие гелиоэнергетики в мире идет мед­ленно, в основном из-за высокой стоимости солнечных эле­ментов.

Геотермальная энергия по времени использования — наи­более старый источник альтернативной энергии. В 1994 г. в мире работало 330 блоков таких станций и здесь доминирова­ли США (168 блоков на «месторождениях» Гейзере в долине гейзеров, Империал Вэлли и др.). Второе место занимала Ита­лия, но в последние годы ее обогнали КНР и Мексика. Самая большая доля используемой геотермальной энергии прихо­дится на страны Латинской Америки, но и она составляет немного более 1 %.

В России перспективными в этом смысле районами являют­ся Камчатка и Курильские острова. С 60-х годов на Камчатке успешно работает полностью автоматизированная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, на Курилах — станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнер­гию, а на Камчатке и Курилах она очень высока в силу даль­ности перевозок топлива и отсутствия железных дорог.

Приливные станции — самые дорогие сооружения и пока это только потенциальный источник энергии. Районами их сооружения могут стать заливы и устья рек с очень высоким уровнем приливов. В заливе Фанди (Канада) он достигает 16,2 м, в устье р. Северн (Великобритания) — 14,5 м, в порту Гранвиль (Франция) — 14,7 м.

Во Франции работает крупная ПЭС на р. Ране мощностью 240 МВт, 25-летний опыт ее эксплуатации показал абсолют­ную экологическую чистоту таких сооружений: залив Се- Мало превратился в спокойное озеро, стал местом отдыха и туризма, плотина ПЭС имеет рыбоход и не влияет на мигра­цию рыб. В России с 1968 г. действует Кислогубская ПЭС, установленная мощность ее ничтожна — 0,7 МВт. Потенци­альных районов для строительства крупных ПЭС в стране несколько: Мезенская губа, Тугурский залив Охотского моря. Первая могла бы иметь мощность 15000 МВт, вторая — 10300. Однако капитальные затраты на сооружение гигантских плотин большой протяженности и трудности сооружения ПЭС в котловане с перемычками настолько велики, что в сегодняшних условиях эти проекты абсолютно нереальны.

Энергоноситель «биомасса» только условно можно назвать возобновляемым и альтернативным, ибо для созревания урожая (допустим, сахарного тростника) требуется один сезон, а для «скороспелых» видов деревьев (как делается на вырубленных «площадках» в Амазонии) — несколько лет. К тому же биомасса при ее сохранении тоже загрязняет атмосферу.

Атомная энергетика. На сегодня видимо только атомная энергетика способна резко и за достаточно короткий срок ослабить явление парникового эффекта. В какой-то мере это и происходит с 1973 г., когда доля атомной энергетики в приросте мирового производства электроэнергии составила 1/з.

В ряде развитых стран она уже заняла самые видные позиции (рис. 36). Доминирует здесь Франция — 73%.

В этом плане показательна энергетическая политика Японии, которая предусматривает к 2020 г. достичь независимости в снабжении энергоресурсами. Страна, не имеющая нефти и газа и располагающая очень небольшими запасами угля, сможет добиться этого, развивая только атомную энергетику. Но для этого требуется уран, которого Япония тоже не имеет. Поэтому предусмотрено развитие атомной энергетики на базе реакторов- размножителей, самостоятельно производящих плутоний. В мире имеются разные точки зрения на перспективы строительства новых АЭС. По прогнозам, мощность АЭС в США в ближайшие годы будет продолжать расти, а затем ожидается ее стабилизация на длительный период.  В Швеции прекращен ввод новых АЭС и намечен постепенный  вывод из эксплуатации действующих. В то же время Франция и Япония намечают увеличивать  не только абсолютную мощность своих АЭС, но и их удельный вес в электроэнергетике.                            В России доля атомной энергии в производстве электроэнергии достигает 12%. Отмена строительства нескольких новых АЭС создала трудности в энергоснабжении ряда районов (Сев. Кавказа и др.). Наиболее высока доля АЭС в энергосистеме Северо-Запада (33%), Урала (23%) и Центра (22%). Трудности, возникшие в энергоснабжении в связи с распадом СССР, вынуждают некоторые государства (например, Армению) «размораживать» закрытые до этого по экологическим причинам АЭС.

Замена угля, нефти и газа атомной энергетикой уже привела к существенному снижению выбросов С02 и других парниковых газов. Если бы те 16% мирового производства электроэнергии, которые дают сейчас АЭС, производили бы угольные ТЭС, даже обслуживаемые самыми современными газоочистителями, то, по мнению специалистов, в атмосферу поступало бы дополнительно 1,6 млрд т углекислого газа, 1 млн т окислов азота, 2 млн т окислов серы и 150 тыс. т тяжелых металлов.

8. Энергетические проблемы России.

После распада Союза доминировавшие до этого проблемы энергетики (энергозатратность экономики, устаревшее энергетическое оборудование, удорожание добычи основных энергоносителей, проблема ликвидации последствий чернобыльской катастрофы) дополнились новыми, не менее сложными:

  1. сужением угольной базы («отпали» Карагандинский бас­сейн и Донбасс);
  2. резким падением добычи угля и нефти;
  3. угрозой распада Единой энергетической системы;
  4. платой за транзитную транспортировку газа в Западную Европу через территорию Украины;
  5. ориентацией топливного комплекса Туркмении, богатой газом и нефтью, на внешние рынки вне СНГ;
  6. трудностями энергоснабжения тех районов, которые раньше получали топливо и энергию с Украины (Северный Кавказ).

Нужно вырабатывать новую энергетическую концепцию. На ближайшие десятилетия в энергетической стратегии Рос­сии приоритет отдается газовой промышленности. Значительное место отводится и ядерной энергетике. Ее развитие предполагает два этапа: на первом — техническое перевооружение отрасли, на втором — наращивание мощностей.

Добавить комментарий

  • рефераты