Энергетика и экология

Традиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду

Энергия потребляется человечеством в разных формах. Со времен неолита люди использовали огонь для приготовления пищи, изготовления глиняной посуды, выплавки металлов. С приходом промышленной революции появились паровые двигатели, а затем двигатели внутреннего сгорания. В XX веке повсеместное распространение получило электричество, став самой востребованной формой потребления энергии в домохозяйствах и на производствах.

К сожалению, электростанций традиционных типов, изобретенные в XIX-XX вв. и до сих пор вырабатывающие наибольшую долю электроэнергии в мире, не только обеспечивают экономику энергией, но и оказывают негативное воздействие на окружающую среду.

Рисунок 1. Источники электроэнергии в экономике. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Гидроэлектростанции (ГЭС).

ГЭС преобразуют энергию потока воды (как правило, крупной реки) в электроэнергию. Для этого служат турбины, вращающие электрические генераторы. Наибольший КПД таких машин достигается, когда поток падает на турбину сверху, поэтому основой ГЭС является плотина, поднимающая уровень реки и обеспечивающая напор над турбинами.

Экологический вред от, казалось бы, не генерирующих вредных веществ ГЭС заключается в том, что плотина формирует выше по течению водохранилище. Вода заливает большие площади, что необратимо меняет ландшафт: возникает заболоченность, засоленность, изменения биологических видов и микроклимата, препятствие для перемещения речных обитателей. Кроме того, с насиженных мест выселяются люди, как это было при строительстве Рыбинского водохранилища, когда был затоплен древний и некогда богатый город Молога.

Тепловые электрические станции (ТЭС).

На ТЭС сжигается топливо, а выделяющееся при этом тепло генерирует перегретый пар, вращающий турбины. Тепловые электростанции сжигают уголь, торф и мазут – невосполнимые природные ресурсы. Запасов углеводородного сырья, по некоторым оценкам, хватит лишь на ближайшие несколько десятилетий. Более того, по мере исчерпания ресурсов снижается качество угля, увеличиваются затраты на его перевозку. Сжигание низкокачественных углей ведет к снижению КПД ТЭС, перерасходу топлива, дополнительному загрязнению атмосферы.

Направления борьбы с загрязнением приземной атмосферы:

• оптимизация процесса сжигания топлива;
• очистка топлива от элементов, образующих при сжигании загрязняющие вещества;
• очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;
• рассеивание загрязнителей в атмосферном воздухе.

Перечисленные способы не позволяют радикально сократить выход токсичных компонентов. Их внедрение порождает строительство сооружений, по затратам соизмеримое с самими ТЭС. Кроме того, ряд способов снижения концентрации вредных примесей основан на применении аммиака, вещества с опасными свойствами.

Атомные электрические станции (АЭС).

АЭС по принципу действия аналогичны ТЭС, но используют для парообразования тепло радиоактивного распада обогащенной урановой руды.

Нейтроны, освобождающиеся в ходе цепной реакции, выделяются лишь из изотопа урана-235. Для деления ядер урана-238 их энергия недостаточна. В природе же на долю изотопа 238 приходится 99,3% урана. Поэтому прежде всего необходимо получить в больших количествах уран-235. Критическая масса урана-235 для получения цепной реакции – несколько десятков килограмм. Кроме того, для получения цепной реакции в природном уране скорости нейтронов должны быть уменьшены до тепловых. Для этого используется вода или графит.

Таким образом, АЭС является сложным и дорогостоящим сооружением, хотя с экономической точки зрения они выгодней, чем ТЭС. В ядерных реакторах в качестве побочного продукта могут вырабатываться полезные для медицины и промышленности радионуклиды.

Альтернативные источники электроэнергии

Альтернативные источники электроэнергии делятся на:

• ветряные;
• приливные;
• геотермальные;
• солнечные.

Рисунок 2. Прогноз развития альтернативной энергетики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Будущее энергетики связывают с Термоядерными электростанциями, вырабатывающими энергию за счет синтеза тяжелых изотопов водорода с образованием гелия. Такая реакция не дает газообразных и жидких радиоактивных отходов. Горючим для термоядерных станций будет дейтерий (изотоп водорода), который получают из обычной воды. С помощью термоядерных электростанций человечество сможет обеспечить себя электроэнергией практически на неограниченное время. Реакция термоядерного синтеза требует очень высокой температуры. Изотопы при этом нужно еще и удерживать некоторое время в нагретом состоянии. Но рождающиеся в такой реакции атомы гелия и нейтроны несут энергию в тысячу раз большую, чем та, которая пошла на их нагрев. К сожалению, ученые и инженеры еще далеки от создания промышленных образцов таких установок.

Ветряные электростанции: ветер вращает лопасти, они передают вращение электрогенератору. Производство ветряков не связано с высокими затратами, но их мощность сравнительно мала. Выработка электроэнергии в них зависит от погоды. Ветрогенераторы порождают сильный шум, создают помехи для воздушного сообщения, прохождения радиоволн. Массовое применение ветрогенераторов может привести к ослаблению воздушных потоков, повлиять на климат.

Приливные электростанции для выработки электроэнергии используют энергию морских приливов. Недостаток их в том, что они могут быть построены лишь на берегах морей и океанов, к тому же приливы случаются лишь дважды в сутки. Приливные электростанции нарушают условия жизни морской флоры и фауны.

Геотермальные электростанции преобразуют тепло недр в электричество. Недостатком их является возможность порождения землетрясений. Выходящие из-под земли газы порождают сильный шум и могут содержать отравляющие вещества.

Солнечные электростанции состоят из множества полупроводниковых элементов. Они превращают в электричество лишь 10-20% энергии солнечных лучей, эффективность их работы зависит от погоды. Главный недостаток - материалоемкость. Производство материалов, преобразующих свет в электричество, наносит определенный вред окружающей среде

Проблема энергосбережения

Альтернативная энергетика имеет свои достоинства и недостатки и является пока перспективной, но не до конца освоенной отраслью экономики. До момента перехода на чистую энергию человечество должно обратиться к еще одному резерву - бережливому отношению к имеющимся ресурсам. За счет внедрения энергосберегающих технологий в развитых странах за последние годы удалось значительно уменьшить количество потребляемой электроэнергии. Кроме того, важно разъяснять населению, как пользоваться энергией, чтобы не тратить ее впустую.

Рисунок 3. Способы электросбережения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ