Навигация
Енергія підземного тепла (геотермальна енергія)
57381
знак
6
таблиц
0
изображений
1.2 Енергія підземного тепла (геотермальна енергія)
Геотермальна електростанція - енергетичне підприємство, що використовує для виробництва електроенергії тепло земних надр у вигляді гарячих джерел і гейзерів. Геотермічні електростанції є екологічно чистими.
Геотермальні багатства Землі зосереджені, головним чином, на території Атлантичного хребта, який закінчується Ісландією, у Великому тектонічному рові в Африці, у "вогняному кільці", яке оточує Тихий океан, та в деяких інших місцях. Більше 20 країн використовують це джерело тепла для енергетичних цілей, а в Ісландії близько 75% людей користуються ним для опалення житлових будинків.
Загальна потужність систем прямого використання геотермальної енергії у світі в середині 1990-х років складала близько 8,5 ГВт. За останні 5 років вона збільшилася на 16% (у Китаї -втричі, у США - на 55%). У СНД знизилася в 5 разів.
Як відомо, чим далі вглиб Землі, тим більшою стає температура (у середньому на 30°С на 1 км, а у вулканічних районах значно швидше). За оцінками фахівців, у земній корі до глибини 7-10 км акумульоване тепло, загальна кількість якого в 5 тис. разів перевищує теплоємність усіх видів викопного палива, що є на Землі. Теоретично всього 1% тепла, що міститься в земній корі до глибини 5 км, вистачило б для того, щоб розв'язати енергетичні проблеми людства на найближчі 4 тис. років. Та на практиці це джерело енергії використовується ще дуже мало. Найкращі результати досягнуті в районах активної вулканічної діяльності. Через свердловини гаряча пара надходить у турбіни й виробляє електроенергію. Відпрацьована гаряча (75-80°С) вода використовується для опалення будинків, теплиць, тваринницьких ферм тощо.
Під час перетворення геотермальної енергії виникає проблема відпрацьованих підземних вод. Як правило, вони сильно мінералізовані, і їх не можна спускати в ріки. З деяких таких розсолів добувають йод, бром, літій, цезій, стронцій, рубідій та інші елементи. Відпрацьовані води знову закачують у підземні горизонти для повторного використання тепла Землі.
Високу ефективність дає використання термальних станцій у сільському господарстві. Так, на Північному Кавказі собівартість тепличних овочів, вирощених на геотермальних водах, у 1,5 рази нижча, ніж там, де парники обігріваються від котелень, що працюють на мазуті. У деяких районах Ставропольського краю, Омської області, у Казахстані, Грузії, Азербайджані термальні води також використовуються на тваринницьких фермах і парникових господарствах. За рахунок підземних вод у СНД можна теплофікувати 60 міст і 100 сільських районів. Перспективними в плані розвитку геотермічної енергетики є Камчатка, Курильські острови, Чукотка, Західний Сибір, Північне Забайкалля, Дагестан, Кавказ, Середня Азія. Тільки Західно-Сибірський підземний басейн гарячої води має площу близько 3 млн. км2, за розмірами це ціле Середземне море гарячої води під землею. На Камчатці та Курильських островах у зоні активного вулканізму (тільки діючих вулканів там понад 60) розташовані численні джерела гарячих вод із температурою 100°С та джерела пари, яка має значно вищу температуру. Перша в колишньому СРСР геотермальна станція почала працювати на Камчатці на р. Паужетці. В Україні досі немає жодної установки такого типу, проте перспективними зонами для використання геотермальної енергії є Карпати, Закарпаття та Крим. На території України (600 тис. кв. км) виявлено 9,5 тисяч теплових потоків, а Європа в цьому плані ще лишається майже невивченою - тут (а це приблизно 10 млн. кв. км) поки що зафіксовано 3,5 тисячі теплових потоків. Науковцями Інституту геофізики НАН України складено карту теплових потоків землі на всій її території. Завдяки карті стали відомими місця, де виявлено донедавна невідомі аномалії теплових потоків. Зі складеної науковцями карти видно, де можна добувати підземне тепло. Вже є проекти електростанцій, які могли б працювати в Закарпатті. Непогані шанси щодо цього має Крим.
2. Екологічний вплив гідроенергетики на навколишнє середовище
2.1 Гідроелектростанції (ГЕС)
З різних форм водної енергії найбільше значення з точки зору широкого практичного застосування на сучасному етапі має використання механічної енергії водотоків, яке досягається спорудженням гідроелектростанцій (ГЕС) різних видів (табл. 3).
У найпростішому вигляді гідроелектростанція (ГЕС) складається з греблі, що підпирає воду в руслі річки, і будівлі ГЕС, що міститься з низової сторони греблі. У будівлі ГЕС розміщене енергетичне обладнання - турбіни, генератори тощо. Вода від греблі до будівлі ГЕС підводиться напорними трубопроводами.
У більш складних проектах до складу ГЕС можуть входити різного виду водопідвідні деривації (відкритий канал, тунель та ін.), напірний трубопровід, відвідні споруди (у вигляді відкритого каналу, тунелю й ін.).
Гідроенергетика є однією з важливих підгалузей електроенергетики і водного господарства. Більше 20% промислово-виробничих фондів зосереджено на ГЕС. ГЕС виконують різні функції в загальній системі енергозабезпечення.
ГЕС у паливно-енергетичному комплексі країни зменшують потребу народного господарства в енергетичному паливі, покращують структуру самого комплексу, підвищують надійність і якість енергозабезпечення. Частка енергії ГЕС у загальній кількості енергії є відносно невеликою (приблизно 3%). Разом з тим значимість гідроенергії в паливно-енергетичних балансах окремих районів країни дуже суттєва. Особливо важливим є питання економії палива, яке забезпечується гідроенергетикою в районах, що знаходяться далеко від джерел палива, але мають потребу в паливних ресурсах.
Таблиця 3. Роль гідроенергетики у світовій енергетиці
| Країна | Виробництво електроенергії електростанціями в цілому, млн. кВт/рік | Виробництво електроенергії ГЕС, млн. кВт/рік | Частка ГЕС у виробництві електроенергії,% |
| Норвегія | 81108 | 72282 | 89,0 |
| Швейцарія | 42348 | 36290 | 85,5 |
| Бразилія | 112572 | 92945 | 82,6 |
| Португалія | 13932 | 9683 | 69,6 |
| Нова Зеландія | 21348 | 11589 | 68,1 |
| Єгипет | 13000 | 8800 | 67,7 |
| Австрія | 38064 | 24871 | 65,4 |
| Канада | 335721 | 220150 | 65,0 |
| Колумбія | 16260 | 10350 | 63,8 |
| Швеція | 92940 | 53524 | 57,6 |
| США | 2283880 | 225753 | 9,8 |
| Японія | 563998 | 76379 | 13,5 |
| Німеччина | 353424 | 17558 | 4,9 |
Особливо слід зазначити, що ГЕС скорочують потребу в газомазутному паливі, використання якого в якості сировини в інших галузях промисловості (хімії, металургії) дає значно більший економічний ефект.
З часом суттєво зросла роль ГЕС та ГАЕС (гідроакумулюючих електростанцій), які дають найбільш дешеву електроенергію, у розв'язанні проблем підвищення якості й надійності електропостачання. Ці електростанції завдяки своїм високим маневреним можливостям усе більше використовуються для перекриття нерівномірного режиму потужності.
Значною перевагою гідроенергетики є відновлюваність гідроенергетичних ресурсів.
Серед позитивних рис гідроенергетики слід відзначити й те, що її відносять до найбільш екологічно чистих серед різних сучасних способів масового виробництва електроенергії. ГЕС не виділяють шкідливих речовин у навколишнє середовище і не використовують атмосферний кисень для виробництва електроенергії.
Але багаторічний досвід використання енергії води виявив і недоліки гідроенергетики. Один з основних - нерівномірність природного стоку річок. Він може бути подоланий шляхом створення водосховищ, які регулюють стік: під час паводку та повноводдя водосховища наповнюються, а в межень спрацьовують. Але створення водосховищ тягне за собою ряд негативних для навколишнього середовища наслідків.
Водосховища впливають на природний режим річок, оскільки змінюють їх гідрологічний і температурний режим, затоплюють великі території, викликають зсувні процеси, перебудову сільського господарства і природних екологічних систем. Вплив водосховища виявляється не лише поблизу самого водосховища, а також вище та нижче за течією, у дельтовій області рік, а іноді й у прибережній морській зоні.
Будівництво гребель і водосховищ створює такі серйозні проблеми:
1. Греблі перешкоджають міграції риб, руху транспорту, затримують твердий стік і стік біогенів (азоту і фосфору), змінюють береги, знижують паводки.
2. Створення водосховищ викликає значне переміщення населення, вирубку лісів, проведення компенсаційних робіт, безповоротне вилучення стоку для наповнення водосховища.
3. Відбувається зміна клімату в прибережній смузі (у посушливому кліматі спостерігається підвищення вологості, пік дощового періоду пересувається з осені на літо тощо).
4. Погіршується якість води внаслідок зменшення проточності, дефіциту кисню, збільшення азоту і фосфору, появи синьо-зелених водоростей, повторного забруднення.
У зв'язку з цією проблемою при спорудженні водосховищ слід враховувати формування і розвиток вищої водної рослинності. Як правило, при створенні водосховищ і підвищенні рівня води швидкість течії зменшується, спостерігається затоплення значних площ, збільшення, особливо в перші роки створення водосховища, виносу поживних речовин з ґрунту. Ці обставини викликають утворення застійних зон на деяких площах під поверхнею води, що сприяє надмірному розвитку водоростей, особливо синьо-зелених - так званому "цвітінню води". Змінюється смак і колір води, оскільки у воду з водоростей потрапляє велика кількість виділень і погіршується кисневий режим; забиваються фільтри водозабірних споруд і порушуються нормально збалансовані у водоймі процеси обміну речовин і заміна одних видів іншими, більш пристосованими до таких, менш сприятливих, умов. Складність створення сприятливих умов для росту і розвитку макрофітів полягає в тому, що при надлишковому розвитку вони з фактора берегозакріплення і самоочищення води стають фактором, що сприяє підтопленню і заболочуванню берега, а при відмиранні - фактором самозабруднення води.
5. Спостерігаються значні біологічні наслідки - поширення інфекційних захворювань, збільшення збудників хвороб, особливо в країнах з жарким кліматом (малярії, шистоматозу та ін.).
6. Флора і фауна (іхтіофауна) зазнають значного впливу, що приводить часом до повної перебудови.
7. Регулювання стоку і зрізування паводку супроводжуються зневодненням рік нижче греблі, зниженням рівня ґрунтових вод і опустелюванням заплавних земель; поблизу дериваційних споруд спостерігається підтоплення і заболочування територій, прилеглих до деривації.
8. Виникає порушення стійкості схилів - поява зсувів, абразія берегів; іноді ці явища набувають характеру катастроф, як наприклад катастрофа в Італії 1963 p., коли в водосховище Вайонт звалився скельний масив об'ємом 240 млн. м3, в результаті чого загинуло 3 тисячі людей, завдано великих матеріальних збитків.
9. Спостерігається "наведена" сейсмічність. З цим явищем вперше зіткнулися лише у 60-х роках після землетрусів в Індії (1967 р.) і Греції (1968 р.). У 1976 році нараховувалось 20 випадків чітко встановленого зв'язку між підвищенням сейсмічної активності і початковим наповненням водосховищ.
10. Будь-яке гідротехнічне будівництво пов'язане, як правило, з вирубкою лісів, знищенням рослинного покрову, скиданням неочищених стічних вод, залишків горючих і мастильних матеріалів; при застосуванні гідромеханізації збільшується помутніння водойм, створюється шум та інші перешкоди.
Великі труднощі при гідротехнічному будівництві викликають питання збереження рибних запасів. При будівництві греблі виникають проблеми пропуску риби у верхній б'єф і скату риби та її молоді в пониззя річок, необхідність створення штучних нерестилищ замість затоплених водосховищем, рибозагороджувальних споруд та ін.
Гідротехнічне будівництво на річках без створення спеціальних споруд привело до різкого скорочення, а в деяких місцях до повної втрати багатьох популяцій прохідних і напівпрохідних риб (наприклад, лососевих, сельдєвих та ін.) як у нашій країні, так і за кордоном, оскільки спуск молоді через турбіни без рибопропускних споруд неможливий або веде до значного травматизму і загибелі риби.
Треба вказати на ще один негативний наслідок створення водосховищ. За останні 50 років люди штучно заповнили водойми приблизно 10 трильйонами тонн води. Наприклад, гребля Братської ГЕС утворює найбільше у світі водосховище, яке вміщує 169 млрд. кубометрів води. Це більше трьох річних стоків Дніпра. Гребля Токтогульської ГЕС на р. Нарин ще вища - 230 м, Ну-рекський гідровузол на р. Вахш має греблю висотою в стоповерховий хмарочос. Потужна гребля Красноярської гідроелектростанції перегородила велику річку Єнісей і створила водосховище об'ємом 100 млрд. кубометрів води.
У результаті переміщення води з океанів на континенти маса Землі навколо екватора зменшилася, а в Північній півкулі, де найбільше водосховищ, збільшилася. Таке зміщення маси, як думають учені, прискорило обертання Землі, оскільки вода опинилася ближче до осі обертання. Більш швидке обертання скорочує день. Через ефект водосховищ день за останні 50 років скоротився приблизно на 8 мільйонних часток секунди.
Оскільки штучні водосховища розташовані на земній кулі несиметрично, запаси води в них "зсунули" і земну вісь приблизно на 60 см від Північного полюсу вбік західної частини Канади. Таким чином, створення штучних водойм тягне за собою достатньо великі за масштабами (глобальні) наслідки, і ще не всі з них ми маємо змогу оцінити.
Як бачимо, гідроенергетика на сучасному етапі не відповідає тим екологічним вимогам, що висуваються до неї, тому її подальший розвиток і вдосконалення мають бути пов'язані з виробленням нової концепції або, у крайньому разі, із суттєвим переглядом існуючих принципів використання енергії води.
При цьому найбільш суттєвим у подальшому розвитку гідроенергетики має стати усвідомлення того факту, що гідроресурси є відновлюваними, а точніше - безперервно відновлюваними.
До того ж, треба створити чи виробити систему заходів, спрямованих на якнайповніше відвернення негативних впливів ГЕС на навколишнє середовище. Заходи повинні бути спрямовані на мінімізацію, локалізацію та усунення негативних наслідків.
Для прогнозу і контролю забруднення водосховищ необхідний облік і аналіз як природного біогенного, так і антропогенного навантаження.
Знизити гостроту екологічних проблем у гідроенергетиці можна при будівництві енергонакопичуючих ГЕС (ЕНГЕС), гідроакумулюючих електростанцій (ГаЕС).
Особливим напрямком гідроенергобудівництва стає створення малих ГЕС одиничної потужності до 30 кВт на невеликих водотоках. Спорудження таких ГЕС дозволить економити паливо і отримувати електроенергію без завдання такої значної шкоди навколишньому середовищу, як при будівництві великих ГЕС. Раніше невеликі, так звані районні, міжколгоспні гідроелектростанції місцевого значення на невеликих річках були чи не основним джерелом енергозабезпечення сіл України. Та їх закрили після створення потужних загальносоюзних енергосистем.
Карпати та прилеглі до них передгірські райони настільки багаті на гідроресурси, що при розумному їх використанні могли б цілком забезпечити електроенергією не лише себе, а й інші регіони. МініГЕС можна будувати і в Криму.
Похожие работы
... на порядок денний пошук альтернативних засобів отримання енергії — перш за все, електрики та тепла. Але як традиційні, так і альтернативні енергоджерела мають свої плюси та мінуси з точки зору екології. Атомна енергетика. Атомні електростанції (АЕС) мають чимало уявних переваг: займають мало площі, маловідходні, у них немає безпосередніх викидів пилу, вуглекислого газу, окислів сірки та азоту і ...
... рковою сукупністю, ступеня участі у вирішенні проблеми. Мета соціологічного дослідження це його переважна орієнтація, це відповідь на запитання на розв'язок якої проблеми, і на отримання якого результату орієнтоване соціологічне дослідження. Якщо мета розпливчата то розробляється чітка система завдань основних, неосновних та побічних. Метою даного соціологічного дослідження є визначення загально ...
... іше відходи вивозять на спеціальні полігони - сміттєзвалища, де вони піддаються анаеробній деградації. Цей метод утилізації відходів є традиційним і на 65% дешевший від інших способів їх переробки. В Україні існує більше 3500 сміттєзвалищ, площа яких складає 180 тис. га. Екологічний вплив на навколишнє середовище сміттєзвалищ повязаний з тим, що значна їх частина не підготовлена для виконання сво ...
... іалами. Нині правомірно говорити про інтернаціоналізацію ґенези суперечностей природокористування аж до конфліктного стану, тобто про реальну загрозу глобальної екологічної катастрофи. Основні екологічні проблеми сучасного суспільства Урбанізація та її вплив на природне середовище Урбанізацію неможливо розглядати без зв'язку з розвитком суспільного виробництва, зокрема важкої індустрії, ...
0 комментариев