Нетрадиционные источники электрической и тепловой энергии

Интерес к нетрадиционным источникам энергии вызывается исчерпаемостью углеводородного топлива, особенно нефти и газа, и связанным с этим ростом цен на эти источники энергии, а также экологическим кризисом, связанным с дальнейшим развитием теплоэнергетики

Нетрадиционные источники энергии (возобновляемые) - это источники преобразующие первичные энергетические ресурсы в электрическую или тепловую: фотоэлектрические или термодинамические солнечные электростанции (СЭС), ветровые электроустановки (ВЭС), волновые, приливные электроустановки, а также установки, преобразующие энергию морских течений в электрическую, океанические ТЭС, использующие перепады температур нижних и верхних слоев воды или подледной «теплой» воды Арктики и холодного арктического воздуха, а также геоТЭС использующих энергию недр Земли (геотермальные ресурсы) и теплонагретых пород (недротермальные ресурсы).

Ветровые электростанции. Разрабатываются во многих странах мира. Больше всего создано ветровых электростанций в Дании.Наиболее мощная электростанция (3мВт) создана в Швеции. Считается, что перспективны электростанции единичной мощностью 100 кВт.

КПД ветровых электростанций составляет 25%. Широкое применение ветроустановок в энергетике возможно при повышении КПД до 35-40%. Недостатком ВЭСявляется зависимость от погоды, а также шум, создаваемый ветроколесом. Так, по этой причине, в США ВЭС мощностью 2 мВт вынуждены были на ночь отключать.

Солнечные электростанции(СЭС). Нашли практическое применение как фотоэлектрические, так и термодинамические СЭС. Фотоэлектрические СЭС широко применяются на космических станциях. Сдерживает их применение в большой энергетике дороговизна фотоэлементов, особенно из редкого элемента арсенида галлия, КПД которого достигает 35%, а КПД фотоэлементов на основе кристаллического кремния -25%.

В большой энергетике США и др. странах мира нашли применение термодинамические СЭСкак модульного, так и башенного типов, причем за рубежом отдается предпочтение СЭС модульного типа.

У СЭСбашенного типа парогенератор расположен на башне. Он нагревается с помощью большого количества зеркал-отражателей (гелиостатов), сфокусированных на парогенераторе. Они автоматически отслеживают Солнце(Экспериментальная Крымская СЭС мощностью 5 МВт).

В СЭСмодульного типа пар нескольких парогенераторов, нагреваемых параболическими зеркалами-концентраторами, собирается в сборном коллекторе и поступает на паротурбинную установку. Такие СЭС не нуждаются в башне и сложной системе автоматического управления. Недостатком СЭС является зависимость от погоды, а значит - необходимость аккумулирования электроэнергии.

Во многих странах мира имеются проекты по использованию энергии моря (энергия приливов и отливов, морских волн, течений, энергия нагретой морской воды и т.п.). Реально созданы приливные электростанции. Так, во Франции создана первая приливная электростанция в устье реки Ранс в 1967 году мощностью 240 тыс.кВт, а через год в СССР - опытный образец станции мощностью 400 кВт в Кислой Губе близ Мурманска.

К настоящему времени в мире не создано ни одной установки океанической СЭС, использующей перепады температур морской воды, хотя это направление считается перспективным.

Во многих странах мира используется в энергетике энергия недр Земли (геоГЭС). Так, Рейкьявик, в котором проживает половина населения Исландии, отапливается только термальными водами. В России построена Паужетская геотермальная электростанция мощностью 11 мВт. Созданы геоТЭС в США и других странах. Для низкотемпературных источников (ниже 100ºС) в качестве рабочего тела перспективны жидкости с низкой температурой кипения (фреон). Пар высокотемпературных источников (150-200ºС), как на Паужетской геоТЭС, подается непосредственно на турбину. При этом отработанный пар может подаваться для обогрева населенных мест.

Проблема сточных вод геоТЭС, содержащих такие вредные вещества как сероводород, мышьяк и др., решается закачкой отработанных вод обратно в скважину, при этом решается и проблема подпитки источников.

Остается проблема эмиссии отравляющих газов. Основным отравляющим газом при их эмиссии на геоТЭС является сероводород. Эта проблема может быть решена расположением установки в глубине скважины.

Петротермальные ресурсы (энергия разогретых пород) используются путем бурения двух скважин. В одну закачивается вода, а из другой получают пар.

Водные ресурсы

В.И Вернадский писал: «Из всех минеральных образований земной коры в жизни органического мира на Земле и в хозяйственной деятельности человека природным водам принадлежит самая выдающаяся роль».

Общий объем водных ресурсов на Земле около 1,39 млрд. км³, из них 1,34 млрд. км³ – соленые воды Мирового океана, соленых озер и минерализованных подземных вод, и лишь 35,8 млн. км³ – пресные воды рек, озер, болот, ледников, снегов, подземных вод и атмосферы.

Водные ресурсы– это пригодные для употребления пресные воды, но их всего чуть больше 2% всей воды. Поэтому одной из основных экологических проблем, возникающих перед человечеством, является для многих регионов Земли дефицит пресных вод, который обусловлен:

- неравномерным распределением пресных вод на Земле;

- чрезмерной эксплуатацией водоисточников человеком;

- нарушением территорий водосборных бассейнов;

- сведением лесов;

- загрязнением водоисточников.

Россия имеет самые большие запасы пресных вод в мире. Величина стока ее рек – 10% от общемирового, 1,3% пресных вод находится в озере Байкал.

Наиболее значимыми водными ресурсами на единицу площади располагает Южная Америка, затем следуют Европа, Азия, Северная Америка, Африка и Австралия.

Ежегодное потребление воды населением Земли превышает 4 тыс. км³, т.е. 10% от годового стока всех рек мира.

Водопотребление – это изъятие воды из естественных водных объектов с дальнейшим частичным возвращением её после использования. Невозвращаемая часть – безвозвратное водопотребление. Примером водопотребителей может быть коммунальное хозяйство, сельское хозяйство, промышленность.

Использование водных ресурсов без изъятия воды из водных объектов называется водопользованием. Примеры водопользователей: ГЭС, водный транспорт, рыбное хозяйство.

Ведущее значение в структуре использования воды отраслями промышленности в России принадлежит электроэнергетике. На втором месте по водоемкости находится промышленность. Третье место по водоемкости занимает коммунальное хозяйство городов.

Считается, что нельзя использовать более 30% среднегодового речного стока, чтобы не вызвать катастрофических экологических последствий, т.е. истощения вод. Последствия проявляются не только пересыханием самого водоисточника, но и гибелью огромного количества различных видов флоры и фауны, обитавших в этом регионе.

Во всем мире увеличивается использование подземных вод. В результате откачки их уровень снижается на десятки метров. Происходит оседание поверхности земли, чреватое серьезным ущербом. Чрезмерное потребление грунтовых вод снижает давление в водоносном горизонте, вследствие чего в него устремляется соленая вода.

В нашей стране, как и во многих других странах, малые реки, составляющие более трети суммарного стока, в настоящее время не могут рассматриваться как источники питьевой воды, так как они широко используются для сбора промышленных и коммунальных вод, в результате чего они сильно обмелели и сильно загрязнены.

Крупные реки, такие как Волга, Дон, Ангара, Кама и другие, также не могут претендовать на ресурсы питьевой воды по причине их зарегулированности различными гидротехническими сооружениями – плотинами, дамбами, шлюзами. Они превратились в каскад водохранилищ, при возведении которых в значительной степени изменились ландшафты и инфраструктура регионов, где они расположены.

Плотины и образованные ими водохранилища нарушили режим водотоков и экологическую обстановку прилегающих территорий. Крупные водопроводные каналы и сооружения для водоснабжения объектов зарастают водорослями, затрудняющими очистку вод на водопроводных станциях.

Лесные ресурсы

Лес – часть поверхности Земного шара, покрытая древесными растениями, на которой деревья смыкаются кронами или корневыми системами и оказывают влияние друг на друга и на окружающую среду.

Это – неисчерпаемые, но возобновимыеприродные ресурсы многоцелевого назначения. Начиная с 1980 года, раз в 10 лет ФАО(Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) проводит глобальную оценку лесных ресурсов. Согласно сделанной оценке, общая площадь лесов мира превышает 3,4 млрд. гектар или 27% от площади Земной суши. Более половины площади мировых лесов (51%) расположено на территории четырех стран: из них на территории России - 22%, Бразилии - 16%, Канады - 7%, США - 6%. Общие запасы древесины в мировых лесах на 2000 год составили 386 млрд. м³. Из всех лесов на долю тропических приходится около 47%, субтропических – 9%, лесов умеренного пояса – 11% и бореальных (таежных) – 33%.

Тропический лес – это простирающаяся по обе стороны экватора формация из вечнозеленых листопадных и хвойных деревьев, которые произрастают в условиях круглогодичного увлажнения и имеют высокую плотность животного населения, особенно в верхних ярусах леса.

Среди тропических лесов выделяются так называемые мангровые леса тихоокеанского региона, которые растут в затопляемых зонах, при этом их корни уходят в воду, а ствол и крона подняты над водной поверхностью. В зарослях мангровых лесов обитают многочисленные морские и пресноводные рыбы, ракообразные и устрицы, а их древесина идет на топливо, древесный уголь и переработку.

К отдельным видам лесов относятся эвкалиптовые рощи Австралии – вечнозеленые субтропические леса.

Леса умеренного пояса занимают площадь 0,76 млрд. га и расположены в основном в восточной части Северной Америки, большей части Европы и восточной части Азии. Состав их древесных пород в различных регионах мира достаточно схож. В нем доминируют клен, береза, дуб, бук, сосна, ель и другие породы. В умеренном поясе Северного полушария произрастают более половины хвойных пород мира.

Бореальные (таёжные) леса произрастают в основном в Северном полушарии. Их общая площадь в Северной Америке и Евразии составляет почти 30% общей площади лесов планеты. России принадлежит 2/3 бореальных лесов мира.

Значение лесов. В природе леса выполняют следующие функции:

- накапливают углерод и производят кислород в процессе фотосинтеза; при этом с наибольшей эффективностью эту функцию выполняют хвойные леса;

- смягчают (увлажняют) климат благодаря транспирации влаги, попадающей на листья в процессе круговорота воды в природе;

- выполняют санитарно-гигиенические функции, заключающиеся в осаждении пыли и включении токсикантов (химических веществ) в обмен веществ растений;

- сохраняют грунтовые воды, предотвращают эрозии почв и, как следствие, препятствуют образованию оврагов и оползней, сохраняют ландшафты и плодородие почв;

- предоставляют места обитания большинству растений и животных, способствуя тем самым сохранению биоразнообразия;

- выполняют рекреационные и эстетические функции;

- выполняют хозяйственные функции, являясь сырьем для многих отраслей экономики.

Сведение лесов. Лесные массивы на нашей планете давно и неуклонно сокращаются. За последние 10 тысяч лет площадь, занятая лесами, сократилась на 26 млн. кв. км. Основными причинами сведения лесов являются: вырубка, загрязнение окружающей среды, пожары, насекомые-вредители и болезни.

Вырубка. Ежегодно вырубается около 13 млн. га леса, однако масштабы чистых потерь леса меньше из-за посадок новых деревьев и естественного расширения существующих лесных массивов.

Темпы сведения тропических лесов для продажи и использования земель под сельскохозяйственные нужды составляют 1% в год. После вырубки почвы быстро деградируют, подвергаются эрозии и начинается опустынивание этих земель.

Леса умеренного климата восстанавливаются десятилетиями. Через 20-30 лет вырубка может зарасти частыми молодыми березами. Зрелый лес возникает через 60-100 лет. Настоящий реликтовый лес без помощи человека может никогда не восстановиться

Превышение норм вырубок привело к тому, что во многих районах леса потеряли свое климатообразующее и водорегулирующее значение. Существенно возросла доля мелколиственных лесов.

Загрязнение окружающей среды. Загрязнение атмосферы или воды ведет к вымиранию леса, при этом особенно сказывается влияние кислотных дождей.

Состояние лесов в Западной и Восточной Европе приближается к катастрофическому. Ежегодная потеря листьев и иголок деревьями составляет 25%. В значительной мере это обусловлено интенсификацией движения автотранспорта по европейским дорогам, в результате чего в последние годы содержание в воздухе диоксида серы увеличилось на 12-14%.

Наибольшее повреждение лиственных деревьев отмечено в таких странах, как Польша и Чехия, где уже в 1993 году здоровыми деревьями оказались соответственно – 8,8 и 11,5%%. В целом, процент поврежденных деревьев в этих странах превышает 50%.

В России в 1993 году были признаны здоровыми 86,8% деревьев, что выгодно отличает нашу страну от всех европейских стран.

Пожары повреждают или уничтожают ценную древесину и нарушают лесовозобновление. Лишая почву растительного покрова, пожары приводят к долговременному нарушению водосборных бассейнов, разрушают ландшафты. При этом страдают дикие животные, сгорают дома, гибнут люди. Большинство пожаров (до 97%) возникают по вине человека.

Вредные насекомые и заболевания. Стоимость потерь древесины из-за повреждения насекомыми и болезнями превосходит ущерб, наносимый лесам всеми прочими факторами.

В нормальных условиях количество патогенных насекомых невелико, и они воздействуют только на слабые или поврежденные деревья. При массовых вспышках численности вредителей на обширных территориях возникают болезни леса, вызываемые паразитическими грибками, ржавчиной, вирусами и паразитическими червями.

Охрана и восстановление лесов. Для поддержания лесовозобновле­ния и сохранения климатообразующих и водорегулирующих функций леса повторные рубки на отдельных участках должны проводиться через 80-100 лет.

Поскольку в России только треть вырубленного леса восстанавливается естественным путем, необходимо на этих вырубках после рыхления почвы производить посев семян или посадку выращенных в питомниках саженцев.

Для предотвращения лесных пожаров важное значение имеет массовая пропаганда (плакаты, тематические выставки и др.). Для снижения риска возгорания вдоль дорог надо удалять легковоспламеняющийся кустарник. Для уменьшения опасности возгорания от ударов молний следует вырубать сухостой. Внутри лесных массивов необходимо прокладывать противопожарные просеки. В лесных районах должна существовать дорожно-сторожевая служба. При ликвидации пожаров важно использовать авиацию, мобилизовывать воинские части и все население.

Во избежание поражения лесов вредителями или болезнями должны предприниматься профилактические меры. При периодических санитарных рубках надо удалять инфицированные деревья, удалять с помощью гербицидов промежуточных хозяев-патогенов.

Необходимо увеличивать численность естественных врагов насекомых-вредителей – насекомоядных птиц и др. Отдавать предпочтение биологическим методам борьбы с вредителями. Использование метода авиационного распыления инсектицидов применять только в крайних случаях, поскольку они смертельно ядовиты не только для вредителей, но и для полезных насекомых, птиц, млекопитающих и других животных и человека.

Для борьбы с потерями древесины при её заготовке целесообразно получающиеся при рубке отходы использовать, например, для получения эфирных масел. Бревна, выносимые реками при лесосплавах, вылавливать специальными судами.

Возле предприятий деревообрабатывающей промышленности строить заводы по производству мебели из древесноволокнистых плит.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: