Енергетика

Альтернатива нарощуванню біоценозів полягає у підвищенні енергетичної ефективності за менші затрати. Від стану паливно-енергетичного комплексу залежать темпи науково-технічного прогресу й виробництва. Проте темпи споживання енергії завдали чимало шкоди і вже виявлено теплову межу.

Нині 70% усієї енергії людство отримує за рахунок спалювання вугілля, нафти й газу та ще 7% за рахунок роботи АЕС. Якщо мінеральне паливо й надалі спалюватиметься сучасними темпами, то світові запаси вичерпаються вже через 130 років.

Запаси відновлювальних джерел становлять: вітру – 0, 40, морських припливів і хвиль – 0, 2-0, 3, внутрішнього тепла Землі – 0, 20, сонячного випромінювання 20 тис. од. Це наштовхує на думку почати використовувати їх в якості альтернативних джерел енергії.

Вплив на довкілля ТЕС

Під час спалювання вуглеводного палива в топках ТЕС та двигунах внутрішнього згоряння виділяється вуглекислий газ, концентрація якого збільшується в темпах 0, 25% за рік, що впливає на потепління клімату. Крім того в атмосферу викидають оксиди сірки, азоту, дрібні тверді частинки золи, шлаку, сажі.

Характеристика органічного палива

Для зменшення шкоди від забруднень вдаються до таких заходів:

- Вугілля перед спаленням у топках ТЕС очищують від сполук сірки;

- Вловлюють з диму ТЕС оксиди сірки й азоту, пропускаючи його крізь спеціальні поглиначі;

- Частки золи й сажі вловлюють установками типу «Циклон» та ін.;

- Для зменшення токсичності вихлопних газів на автомобілях встановлюють каталізатори, що змінюють чадний газ до вуглекислого.

У викопному вугіллі й пустих породах містяться домішки природних радіоактивних елементів (урану, торію та ін.), які після спалювання вугілля концентруються в часточках золи, яка є більш радіоактивною, ніж вихідне вугілля і сланці. Шлаки і зола забирають великі площі землі, забруднюють підземні води шкідливими речовинами, а ще більші ділянки землі порушуються величезними вугільними кур’єрами. Зменшення шкоди від такого забруднення досягається утилізацією шлаків і пустих порід, з яких виготовляють будматеріали, засипають ними яри, болота, кар’єри під час рекультивації. Але сучасні методи утилізації радіоактивних відходів не є задовільним, адже усе, що контактує з даною речовиною, саме стає радіоактивним.

АЕС виробляють сотні видів радіоактивних речовин, яких раніше не було в біосфері й до яких всі живі істоти не пристосовані. Так, після аварії на ЧАЕС в атмосферу було викинуто близько 450 видів радіонуклідів. Живі організми не можуть відрізнити ці ізотопи від калію та кальцію та, накопичуючи внутрішнє опромінювання, ризикують отримати тяжкі захворювання й шкідливі мутації. Нагромадження в природі невластивих для неї радіоактивних речовин украй шкідливо діє на біосферу.

Виробництво електроенергії на ТЕС супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Зважаючи на обмеженість світових запасів мінерального палива, вчені й технологи поліпшують параметри енергоблоків, підвищують їх ККД. В наш час говорять про використання комерційних термоядерних реакторів. Кажуть, що цей спосіб добування енергії, матиме безумовні переваги над ТЯЕС і АЕС, які використовуються сьогодні:

1. Високий ступінь безпечності – у разі пошкодження чи порушення системи автоматично припиняється реакція і вимикається реактор;

2. Менший рівень затрат – реактор може вмістити лише кілька грамів дейтерію і тритію, а це менше ніж 180 т. урану (ємність реактора АЕС);

3. В наслідок термоядерної реакції не утворюється радіонуклідів – продуктом реакції служить гелій;

4. Не забруднюють довкілля речовинами, що спричиняють кислотні дощі, парниковий ефект або руйнування озонового шару, проте:

- Виділена внаслідок реакції теплота за законами термодинаміки спричинює підігрівання атмосфери та гідросфери Землі;

- Існує єдине обмеження для всіх не відновлювальних джерел енергії – тепловий рубіж;

- Робота термоядерного реактора супроводжується потужним нейтронним потоком і радіоактивним забрудненням конструкцій;

- Як «паливо» для ТЯЕС, крім дейтерію, належать літій, який трапляється рідко і у малій кількості та штучний тритій.

Вплив на довкілля ГЕС

У наш час ГЕС виробляють близько 20% електроенергії у світі. Деякі країни з гірським рельєфом і швидкими річками (Норвегія, Таджикистан, Киргизстан) свої потреби задовольняють переважно за рахунок ГЕС.

Гідроенергетичний потенціал України становить 44.7 млрд. кВт/год., проте технічно можна використати (46% з басейну Дніпра, по 20% в басейнах Дністра і Тиси, 14% - в ін. річках). А установлена потужність ГЕС України становить 4, 7 млн. кВт, 98% якої припадає на гідроелектростанцію Дніпровського каскаду та Дніпровську ГЕС.

Порівняно з ТЕС та АЕС вони мають низку переваг:

- Зовсім не забруднюють атмосферу;

- Поліпшують умови роботи річкового транспорту;

- Працюючи з ТЕС беруть на себе навантаження під час максимального споживання енергії;

- Агрегати ГЕС вводяться в дію швидко та не потребують марнотратства.

Але побудовані на рівнинних річках ГЕС, завдають шкоди, затоплюючи родючі землі, дороги, історичні і ландшафтні пам’ятки, руйнують комунікації. А на водосховищах тривають обвали берегів, які на окремих ділянках відступили вже на сотні метрів.

Греблі перетворили Дніпро на низку застійних озер, що мають слабкий водообмін та погану самоочищуваність і стають уловлювачами промислових забруднень. Дуже потерпають від гребель мешканці річок: річки стають непридатними для нересту риби і, до того ж, турбіни ГЕС стають місцем гибелі риби і планктону. Водосховища, забрудненні стоками і добривами, не рідко «цвітуть», що спричиняють масову гибель планктону й риби.

Альтернативні джерела енергії

Альтернативними джерелами енергії вважають: енергію вітру, морів та океанів, внутрішнього тепла Землі, Сонця.

За оцінками вчених, загальний вітроенергетичний потенціал землі в 30 разів перевищує річне споживання енергії людством, однак використовується лише мізерна її частка.

Відомо, що для нормальної роботи вітроелектричних двигунів швидкість вітру має бути не меншою, ніж 4-5 м/с, а ліпше 6-8 м/с. В Україні до таких зон належать узбережжя Чорного моря, особливо Крим, а також Карпати й південні степові райони.

Енергія морів та океанів

Світовий океан містить колосальні запаси енергії. По-перше, це енергія сонячного випромінювання, поглинута океанською водою, яка виявляється в енергії морських хвиль, течій, прибою, різниці температур різних шарів. По-друге, це енергія тяжіння Місяця й Сонця, що спричиняє морські припливи та відливи. Використовується цей екологічно чистий потенціал дуже мало.

Першими об’єктами такої енергетики можна вважати морські хвильові електростанції, які акумулюють енергію вертикальних коливань води. Хвиля метрової висоти забезпечує від 25 до 35 кВт енергії. Одна з перших хвильових електростанцій потужністю 350 кВт ось уже більше 30 років успішно функціонує поблизу норвезького міста Бергена.

Енергія внутрішнього тепла Землі

З глибиною підвищується температура в земній корі (в середньому на 30^оС на 1 км, а у вулканічних районах – набагато швидше). За оцінками геологів, до глибини 7-10 км загальна кількість теплоти в 5000 разів перевищує теплоємність усіх видів мінерального палива, що є на Землі. Теоретично 1% цього тепла достатньо, аби забезпечити людство енергією на найближчі 4000 років. Та на практиці це джерело практично не використовується.

Цей шлях використовують в районах вулканічної діяльності (Ісландія, Камчатка, Гавайські острови), де близько до поверхні є термальні води. Крізь свердловини пара надходить у турбіни, що виробляють електроенергію. Відпрацьована гаряча вода йде на обігрівання теплиць, житла тощо. В Україні досі немає установок такого типу, хоч є досить таки перспективні зони для застосування геотермальної енергії – Закарпаття, Карпати, Крим.

Оскільки вода в таких джерелах стала сильно мінералізована, то її спускають звідки взяли для повторного використання. З деяких розсолів добувають йод, бром, літій та деякі інші елементи.

Енергія Сонця

Сонце – найпотужніше джерело енергії, однак основна перешкода полягає в розсіюванні сонячної енергії, а також висока вартість установок, а, отже, і собівартість електроенергії. Застосовувати сонячну енергію можна для добування електроенергії побутового тепла, високо температурного тепла в промисловості та на транспорті. ККД сучасних фотоелектричних генераторів становить 25-30% і використовуються вони в калькуляторах, електронних іграшках, у пустельних місцевостях, для живлення невеликих електростанцій.

Енергію Сонця добувають також за допомогою паротурбінних генераторів. Одну з таких сонячних електростанцій (СЕС) потужністю 1200 кВт споруджено в Криму поблизу Керчі. В центрі круга діаметром 500 м установлено70-метрову башту з парогенератором на верхівці. ЇЇ оточують 1600 рухомих дзеркал (геліостатів). Стежачи за допомогою ЕОМ за рухом Сонця, вони відбивають його промені на парогенератор, нагріваючи в ньому воду до утворення пари температурою 300^оС, яка подається на турбіну з електрогенератором. СЕС не забруднюють довкілля, щоправда потребують значних площ.

Сонячна енергія може застосовуватися і на транспорті – для енергоживлення автомобілів, невеликих суден і навіть літаків. Так, із площі в кілька квадратних метрів можна зібрати енергію для живлення автомобільного акумулятора.

Біоенергетичні технології

Життя і діяльність людей супроводжується утворенням великої кількості органічних відходів (побутове сміття, каналізаційні стоки, відходи виробництва сільгосппродукції – солома, лушпиння і т. д., деревообробки – тирса, обрізки, гілки, хвоя тощо). Звалища навколо міст займають величезні площі, забруднюють повітря та воду. Проте науковцями розроблено технології, що дають змогу добувати з цих відходів енергію, а також різні корисні матеріали (скло, метал та ін.)

Переробляти відходи можна також і за допомогою метанобактерій. Ці мікроорганізми активно розмножуються в будь-яких органічних рештках, продукуючи в результаті своєї життєдіяльності цінну енергетичну сировину – біогаз (суміш метану й чадного газу). Технологія такого біогазу дуже проста: бетонні місткості або колодязі довільного об’єму заповнюють гноєм, сміттям, листям. Тирсою і т. д без доступу кисню. Утворений газ відводиться у приймальний пристрій або безпосередньо у газову плиту. Після бродіння залишається добриво – знезаражене, без запаху, цінніше за гній.

Останнім часом дедалі ширше розробляються технології добування палива для двигунів внутрішнього згоряння з органічних речовин, які продукують рослини. Для України особливе значення має технологія добування палива з ріпакової олії. Ріпак дає до 1 т. олії з гектара, причому його можна вирощувати на землях, непридатний ні до чого іншого, оскільки радіонукліди не накопичуються в ріпаковій олії.

Воднева енергетика

До дуже перспективних джерел добування теплової та електричної енергії належить водень, який має високу теплотворну здатність, може успішно заміняти природний газ і при цьому є екологічно чистим паливом, оскільки в результаті його згоряння утворюється лише водяна пара.

Раніше людей стримувала висока, порівняно з природним газом, ціна, однак тепер є спосіб добути водень з глюкози, перетворюючи глюкозу в глюкуронову кислоту. Але раніше не було жодних стимулів економити.

Фахівці стверджують, що споживання енергії можна скоротити:

- У побуті – на 34%;

- На транспорті – на 24%;

- У малому товарному виробництві – 22%;

- У промисловості – на 13-33 %.