Здавалка
Главная | Обратная связь

Енергетика та навколишнє середовище.



Основою розвитку сучасної цивілізації є енергетика, або паливно-енергетичний комплекс. Від стану енергетики залежать темпи науково-технічного прогресу, інтенсифікації виробництва й життєвий рівень людей. Темпи виробництва енергії в світі нині перевищують темпи зростання населення й становлять щорічно близько 3%. Швидке нарощування енергетичних потужностей зумовлене необхідністю індустріалізації, збільшенням виробництва споживчих товарів, енерговитрат на одиницю продукції в сільському господарстві й особливо в гірничорудній промисловості.

Джерела енергії, що їх використовує людство, поділяються на відновлювані і не відновлювані. До першої групи належать енергія Сонця, вітру, гідроенергія рік, різні види океанічної енергії (морських хвиль, припливів, різниці температур), а також геотермальна енергія (внутрішнє тепло Землі). Не відновлюваними джерелами енергії є викопне паливо, ядерна енергія поділу урану й термоядерна енергія, яка ще не освоєна промисловістю.

Ці дві групи різняться за впливом на біосферу. Відновлювані джерела постійно діють у біосфері й їх використання не призводить до зміни теплового балансу Землі – людина лише перетворює одні види енергії на інші. Наприклад, енергія Сонця, яка нагріває будь-яку поверхню, перетворюється на електроенергію й лише потім трансформується в тепло – загальна ж кількість тепла в біосфері не змінюється.

Використання невідновлюваних джерел енергії призводить до додаткового нагрівання навколишнього середовища. Розрахунки вчених свідчать, що виробництво хімічної, ядерної й термоядерної енергії в кількості, що дорівнює всього 1% тієї, яку Земля одержує від Сонця, призведе до збільшення середньої температури біосфери приблизно на 1оС.

Таке підвищення температури вкрай небажане, бо матиме глобальні катастрофічні наслідки для клімату Землі й розподілу на ній суші й моря, а також для рослинного і тваринного світу.

За результатами метеорологічних спостережень за останні 100 років температура поверхні Землі підвищилась на (0,8 ± 0,2)оС

Індустріально-міські екосистеми, які існують завдяки паливу – це верхівка досягнень людства. В індустріальних містах висококонцентрована енергія палива не доповнює, а замінює сонячну енергію. Їжа – продукт систем, які рухаються Сонцем – в місто ввозять зовні. Особливістю цих екосистем є величезна потреба щільно населених міських районів в енергії – вона на два-три порядки більше, ніж в природних екосистемах. Якщо в природних екосистемах приток енергії коливається від 103 до 104 ккал/(м2·рік), то в великих індустріальних містах споживання енергії досягає кількох мільйонів ккал на 1 м2·за рік. Споживання енергії людиною в місті в середньому складає більш ніж 80 млн. ккал /рік. Для харчування йому потрібно всього лише 1 млн. ккал/рік. Отже на всі інші види діяльності (домашнє господарство, транспорт, промисловість) людина витрачає у 80 разів більше енергії, ніж потрібно їй для фізіологічного існування організму.

Основним методом одержання енергії на сьогодні є спалювання вугілля, нафти, природного газу, горючих сланців та інших видів мінерального палива. Приблизно 70% всієї енергії виробляється тепловими електростанціями – потужними забруднювачами навколишнього середовища продуктами згоряння.

Спалювання мінеральної сировини є надзвичайно нераціональним методом одержання енергії. Справа в тому, що ця сировина, особливо нафта, є дуже цінною для хімічного синтезу. За рахунок переробки вуглеводнів можна одержати багато цінних продуктів і виробів – синтетичні тканини й каучук, пластмаси, добрива, фарби, тощо.

Забезпечення паливом є однією із злободенних проблем України. За даними НАН України (2005р.) наша держава забезпечена власним вугіллям на 95%, природним газом – на 18% і нафтою – на 8%. На думку деяких фахівців, протягом найближчих років Україна може забезпечити свою економіку та побутові потреби мінімум на 50% власним газом і на 26% - власною нафтою.

У паливно-енергетичному балансі нашої країни провідне місце посідає кам’яне вугілля. Його промислові запаси зосереджені в Донбасі (49,8 млрд т) і Львівсько-Волинському басейні (0,8 млрд т). Донецьке вугілля відзначається високою якістю (40% його запасів становить найцінніше коксівне вугілля, 10% - антрацит).

Економіка України майже повністю залежить від імпорту нафти, хоча не виключено відкриття нових її родовищ у Дніпровсько-Донецькій западині й особливо в межах шельфу Чорного моря. Деякою альтернативою можуть бути родовища горючих сланців Болтиського родовища і менілітові сланці Карпат, промислове значення яких раніше занижувалося через надходження дешевої сибірської нафти.

Внаслідок спалювання великої кількості мінерального палива мають місце значні зміни навколишнього середовища. Утворений при спалюванні викопного палива вуглекислий газ у великих кількостях викидається в атмосферу і може спричинитися до виникнення парникового ефекту. За розрахунками вчених комісії ООН (доповідь від 02.02.2007 року) до кінця XXΙ століття за рахунок парникового ефекту температура на планеті підвищиться на (4,0 – 6.4)оС а поверхня світового океану – на 50 – 60 см. Це обумовлено на 90% антропогеними чинниками.

Проте більш небезпечними є викиди з труб теплоенергосистем(ТЕС) в атмосферу оксидів сульфуру та нітрогену. Вони є причиною випадіння кислотних дощів. Кількість викидів сульфуру та нітрогену останнім часом зростає. Це зумовлено недостатнім очищенням топочних газів і оскільки такі забруднення нині досягли планетарних масштабів, гостро постала проблема очищення газів, які викидаються ТЕС.

Поряд із забрудненням атмосфери викиди з топок ТЕС часток золи й шлаку забруднюють сільськогосподарські землі й водойми, становлять загрозу здоров’ю людини. Потреби паливно-енергетичного комплексу у великій кількості вугілля зумовлюють масштаби добування цього виду сировини. Сотні гектарів займають відвали пустих порід вугільних шахт, а також шлаків і золи поблизу ТЕС. В Україні з її багатими родючими чорноземами таке вилучення ґрунтів особливо шкідливе. На одному лише Донбасі відвали і відпрацьовані кар’єри займають площу в 50 тис. га. Боротьба з цим видом забруднення середовища повинна носити насамперед економічний характер. Треба зробити так, щоб гірничим підприємствам і ТЕС було невигідно займати великі площі родючих земель під відвали. Тоді. безумовно, з’являться широкомасштабні методи утилізації пустих порід і шлаків, зокрема, для будівництва дорожніх покрить, створення будівельних матеріалів.

Безперервне зростання потреб людства в енергії, обмеженість запасів викопного палива і забруднення навколишнього середовища продуктами його згоряння вимагають вчених шукати нові енергетичні джерела. Одне з найбільш перспективних джерел енергії є невичерпне випромінювання Сонця. Сонячної енергії, що надходить на земну поверхню, в 14-20 тис. разів більше сучасного рівня світового енергоспоживання. Переваги сонячної енергії добре відомі: доступність, практична невичерпність, відсутність бічних, забруднюючих навколишнє середовище впливів. Добре відомі і її вади: низька щільність і нерівномірність надходження на поверхню Землі, що пов'язана з погодою та часом доби.

Зараз в основному експлуатується три типи перетворювачів сонячної енергії:

- сонячні панелі або колектори, що встановлюються на стріхах, виготовлені із скла та мідних труб. Рідина в трубах поглинає сонячне тепло і спрямовується в теплообмінник, звідси тепло й гаряча вода надходять у житлові приміщення;

- фотоелектричні елементи з кремнію або сульфіду кадмію, що перетворюють сонячне проміння безпосередньо в електрику;

- потужні вежі або сонячні пічки, в яких використовується багато дзеркал, що керуються комп'ютером. Ці дзеркала слідкують за Сонцем і фокусують його проміння на великі парові котлоагрегати електростанцій.

В обмежених масштабах сонячна енергія вже використовується в житлових будинках і інших спорудах в різних районах світу. Найбільш відомим прикладом є сонячні нагрівники, які встановлюються на стріхах і забезпечують дешеву гарячу воду для побутових потреб.

Ще одним альтернативним джерелом енергії є енергія вітру. За підрахунками вчених загальний вітру - енергетичний потенціал Землі в 30 разів перевищує річне споживання електроенергії в усьому світі. Проте, використовується лише мізерна частка цієї енергії. Але так було не завжди. В дореволюційній Росії налічувалося біля 30 тисяч вітряків. Можливості використання цього виду енергії в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітрових двигунів швидкість вітру не повинна в середньому за рік падати нижче 4-5 м/с, а краще, коли вона становить 6-8 м/с. Найбільш сприятливі зони для використання вітрової енергії – узбережжя морів і океанів, степи, тундра, гори. В межах України такими ділянками є узбережжя Азовського та Чорного морів, особливо Крим, а також Карпати, південні степові райони. Під час роботи вітрових станцій навколишнє середовище не зазнає жодних забруднень. Єдині негативні впливи – це низькочастотний шум (гудіння) працюючих вітряків.

Світовий океан містить велетенський енергетичний потенціал. Це, по-перше, енергія Сонця, поглинута океанською водою, що виявляється в енергії морських течій, хвиль, прибою, різниці температур різних шарів морської води, і, по-друге, енергія тяжіння Місяця й Сонця, яка спричиняє морські припливи і відливи. Використовується цей великий і екологічно чистий потенціал ще вкрай мало.

Усі типи морських хвильових електростанцій, що будуються і діють сьогодні, побудовані за єдиним принципом: у спеціальному буї-поплавку під дією хвилі коливається рівень води. Це призводить до стискання в ньому повітря, яке рухає турбіну. В експериментальних електростанціях навіть невеликі хвилі висотою в 35см примушують турбіну розвивати швидкість понад 2 тис. обертів за хвилину. Метрової висоти хвиля забезпечує від 25 до 30 кВт·г енергії. Іншим різновидом морських електростанцій є прилади, що перетворюють енергію морського прибою. Ці електростанції використовують принцип закачки води в резервуар, розташований вище рівня моря. Ця вода потім падає униз і призводить до руху турбіни.

В океані подекуди досить близько розташовані шари води з різною температурою. Найбільш значною (22оС) різниця температур є в тропічній зоні Світового океану. На цьому явищі базується принцип одержання електроенергії. В спеціальний теплообмінник закачується насосами холодна глибинна вода й нагріта Сонцем поверхнева. Робочий агент (фреон) почергово випаровується та переходить у рідкий стан у різних частинах теплообмінника. Пари фреону рухають турбіну генератора.

Як відомо, із заглибленням під Землю зростає температура - приблизно на 300С на кожний 1 км, а в вулканічних районах значно швидше. За оцінками фахівців, у земній корі до глибин 7-10 км акумульоване тепло, загальна кількість якого в 5 тис. разів перевищує теплоємкість усіх видів викопного палива, що є на Землі. Теоретично всього лише 1% тепла, що міститься в земній корі на глибині до 5 км, вистачило б для того, щоб вирішити всі енергетичні проблеми людства на найближчі 4 тис. років.

Нині, оцінюючи нову техніку, перевагу надають тим зразкам, які більш економно витрачають енергію. Енергозберігаючи технології, енергозбереження – це головний шлях сучасного виробництва в розвинутих країнах. В будівництві це може бути зведення житлових будинків з підвищеною теплоізоляцією стін і міжповерхових перекриттів, а також з вікнами з потрійними віконними рамами. Звичайно, будівництво таких будинків буде обходитися дорожче, але опалення їх на 70% дешевше, тому додаткові витрати на теплоізоляцію цілком себе виправдовують.

Майбутнє у будівництві та житлово-комунальному господарстві – це екологічно чисті споруди, які не вносять порушень в природний кругообіг речовин і енергії. Такі споруди повинні бути біопозитивними, тобто, не потребувати додаткових джерел енергії, які викликають зникнення невідновних ресурсів і забруднення середовища. Якщо біопозитивну споруду забезпечити енергією від відновлювальних джерел і утилізувати всі відходи, то кінець кінцем споруда стане екологічно чистою. Для забезпечення енергією можна використовувати всі види нетрадиційних відновних джерел енергії (НВДЕ) – Сонце, вітер, морські хвилі, геотермальна енергія, тощо. З-за низької щільності всіх видів НВДЕ для їх утилізації треба створювати устаткування з великою площею.

Одним з найбільш ефективних екологычних рішень є максимальне об’єднання житлових і виробничих споруд з приладами для перетворення НВДЕ, щоб не будувати споруд, які стоять окремо. При цьому можливе спрямоване змінення архітектурно-планувальних рішень споруд, щоб створити найкращі умови для утилізації НВДЕ – будівництво споруд криволінійної форми в плані, зміна конфігурації споруди за висотою, створення спеціальних отворів для концентрації вітрових потоків, тощо. В будівлях з використанням НВДЕ можуть бути передбачені наступні конструкції, об’єднані з несучими та відокремлюючими конструкціями споруд: геліоколектори; сонячні станції; сонячні абсорбери, які повністю замінюють дах; спеціальні покриття на екранах лоджій, стін, віконних отворів; гідротермальні і геотермальні колектори у підвалах, тощо. Максимальне об’єднання несучих і технологічних функцій конструкцій будівлі і приладів для НВДЕ дозволяє не тільки зменшити витрати землі, будівельних матеріалів, але й знизити довжину комунікацій. При цьому не знижується архітектурна виразність будівель і споруд.

 

Контрольні запитання

4.1. Чим вихід продукції в екосистемі відрізняється від виходу продукції в промислових процесах?

4.2.В якому процесі в екосистемі здійснюється перехід енергії світла в теплову з участю живих організмів?

4.3.Яка головна відзнака живої матерії від неживої у відношенні її до енергії?

4.4. Ким є людина в харчових ланцюгах?

4.5.На яких трофічних рівнях перебувають редуценти?

4.6.Чому трофічні ланцюги в природі дуже короткі?

4.7. На які групи поділяються джерела енергії, які використовує людство?

4.8. Які раціональні методи одержання енергії існують в Україні?

4.9. Охарактеризуйте типи перетворювачів сонячної енергії. які зараз експлуатуються в Україні?

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.