Навигация
Вода як джерело водню — перспективного палива
57381
знак
6
таблиц
0
изображений
2.5 Вода як джерело водню — перспективного палива
Молекула води складається з двох атомів водню і одного атому кисню. Вилучений з води водень можна використовувати як паливо для отримання електроенергії. Отриманий водень досить зручно зберігати: у вигляді стиснено газу в танкерах або в скрапленому вигляді в кріогенних контейнерах при температурі - 203°С. Його можна зберігати й у твердому вигляді після сполучення з залізо-титановим сплавом або з магнієм для утворення металевих гідридів. Після цього їх можна легко транспортувати і використовувати в міру необхідності.
Один із найбільш перспективних методів вилучення водню з води - електроліз води. Одержаний таким чином водень використовувався під час космічних польотів за програмою "Аполлон".
2.6 Використання гідродинамічної енергії
Енергія прибоїв, течій, хвиль ще фактично не використовується. Тільки енергія прибоїв обчислюється десятками мільйонів кіловат-годин на рік з 1 км берегової ділянки. Сучасний рівень техніки дозволяє вилучати енергію течій при швидкості потоку більше 1 м/с. При цьому потужність від 1 м2 поперечного перерізу потоку складає близько 1 кВт.
Багатообіцяючими є гігантські турбіни на таких інтенсивних і стабільних океанських течіях, як Гольфстрім і Куросіо, які несуть відповідно 83 і 55 млн. м3/с води зі швидкістю до 2 м/с, і Флоридської течії (30 млн. м3/с, швидкість до 1,8 м/с). Перспективним є використання течій Гібралтару і Ла-Маншу.
Створення енергетичних станцій, заснованих на використанні енергії морських течій, пов'язане поки що з технічними труднощами, перш за все, зі створенням енергетичних установок великих розмірів, які становитимуть загрозу судноплавству.
Зараз діють лише маленькі енергетичні установки, які використовують енергію хвиль для забезпечення електроенергією маяків, бакенів та інших невеликих об'єктів. В Індії від енергії хвиль працює плавучий маяк порту Мадрас. У Норвегії з 1985 року діє перша у світі промислова хвильова станція потужністю 850 кВт.
Створення хвильових електростанцій визначається оптимальним вибором акваторії океану зі стійким запасом хвильової енергії, ефективністю конструкції станції, в яку вбудовані пристрої згладжування нерівномірності режиму хвилювання. Досвід експлуатації хвильових електростанцій показав, що вироблювана ними електроенергія поки що в 2-3 рази дорожча за традиційну, але в майбутньому очікується значне зниження її вартості.
3. Екологічні проблеми використання атомної енергії
При поділі ядер урану і плутонію в ядерному реакторі виділяється величезна кількість енергії, використання якої дозволило створювати значні атомні електростанції (АЕС) промислового типу. За один акт розпаду ядра урану виділяється енергія, яка дорівнює приблизно 200 меВ. Це більш ніж у 20 млн. разів перевищує енергію, що виділяється на один атом у будь-якій хімічній реакції. При поділі ядер 1 г урану виділяється 20 млн. ккал, що відповідає 23 000 кВт • год теплової енергії. Один кілограм урану може дати стільки тепла, скільки одержують при спалюванні від 2600000 до 3000000 кг кам'яного вугілля.
Таблиця 4. Список найбільших АЕС світу
| Назва | Країна | Потужність електростанції (МВт) |
| Фукушима Бруце Гравелінес Палуел Бучей Піцкерін Курська Ленінградська | Японія Канада Франція Франція Франція Канада Росія Росія | 7 748 5 563 5 480 5 160 4 180 4 120 3 800 3 800 |
27 червня 1954 р. перша у світі атомна станція у м. Обнінськ була підключена до московської енергосистеми.
Нині (за даними на 2009 р.) 40 ядерних реакторів у 32 країнах виробляють 17% світового обсягу електроенергії.
Частка ядерної енергії в енергетиці деяких країн становить: у Франції - 75%, Бельгії - 60%, Південній Кореї - 49%, Швеції - 46% , Іспанії - 38%, США - 21% , Росії - 14%. У США працює 102 АЕС, Франції - 56, Південній Кореї - 10.
В останні роки ядерна енергетика розвивається відносно слабкими темпами. Щорічне зростання виробництва атомної електроенергії становить приблизно 0,5%. Для порівняння: щорічно нафтовидобування збільшується на 1%, а добування газу - на 3%.
Показники, які характеризують ядерну енергетику різних країн, зібрані в таблиці в порядку зменшення повної потужності АЕС.
Зараз у світі будується 37 ядерних реакторів із сумарною проектованою потужністю 31 ГВт (9% від потужності всіх працюючих).
Запаси ядерного палива в земній корі оцінюють у 100 трильйонів тонн. Найбільші його поклади зосереджені в Конго, США (Колорадо), Канаді, Австралії, Південній Африці.
Трагічна аварія на Чорнобильській АЕС та ядерні катастрофи на інших АЕС поставили під великий сумнів подальше існування атомної енергетики, яка таїть у собі смертельну небезпеку для всього людства.
З часу введення в експлуатацію першої АЕС у світі сталося кілька крупних аварій, що призвели до радіоактивного забруднення навколишнього середовища, опромінення та загибелі людей (табл. 6).
Екологічною й політичною подією в Україні, яка поліпшила її міжнародний імідж, стало закриття Чорнобильської АЕС (єдиний працюючий на ЧАЕС третій енергоблок був зупинений 15 грудня 2000 p.). Незважаючи на повне закриття, існує небезпека спонтанних фізичних процесів, які відбуваються в реакторі. Про це свідчать періодичні радіоактивні викиди з 4-го енергоблоку.
Таблиця 5. Стан ядерної енергетики різних країн (за станом на 2009 р.)
| Країна | Кількість реакторів | Повна потужність усіх АЕС (ГВт) | Виробництво електроенергії (ГВт • год) | Частка 1 виробництва від повної (%) | Коефіцієнт використання (%) |
| США | 104 | 97,5 | 727,7 | 19,8 | 85,5 |
| Франція | 59 | 63,10 | 160,4 | 75,0 | 86,7 |
| Японія | 53 | 43,69 | 303,3 | 34,6 | 79,2 |
| Німеччина | 19 | 21,12 | 160,4 | 31,2 | 86,7 |
| Росія | 29 | 19,84 | 110,9 | 14,4 | 63,8 |
| Корея | 16 | 12,99 | 97,82 | 42,8 | 86,09 |
| Великобританія | 12,97 | 67,35 | 67,35 | 28,9 | 80,3 |
| Україна | 14 | 12,12 | 67,35 | 43,8 | 63,5 |
| Канада | 14 | 10,00 | 69,30 | 12,4 | 79,1 |
| Швеція | 11 | 9,43 | 70,10 | 46,8 | 84,8 |
| Іспанія | 9 | 7,47 | 56,47 | 31,0 | 86,3 |
| Бельгія | 7 | 5,71 | 46,60 | 57,7 | 93,1 |
| Тайвань | 6 | 4,88 | 36,91 | 25,3 | 86,3 |
| Болгарія | 6 | 3,54 | 14,53 | 47,1 | 46,9 |
| Швейцарія | 5 | 3,18 | 23,52 | 36,0 | 84,4 |
| Фінляндія | 4 | 2,66 | 22,07 | 33,1 | 94,9 |
| Словаччина | 6 | 4,21 | 13,12 | 47,0 | 62,3 |
| Литва | 2 | 2,37 | 9,86 | 73,1 | 47,5 |
| КНР | 3 | 2,17 | 14,10 | 1,15 | 74,3 |
| Індія | 11 | 1,90 | 11,45 | 2,65 | 68,9 |
| ПАР | 2 | 1,84 | 13,47 | 7,08 | 83,5 |
| Угорщина | 4 | 1,73 | 14,10 | 38,3 | 93,1 |
| Чехія | 4 | 1,65 | 13,36 | 20,8 | 92,54 |
| Мексика | 2 | 1,36 | 10,00 | 5,21 | 83,98 |
| Аргентина | 2 | 0,94 | 6,59 | 9,04 | 80,5 |
| Румунія | 1 | 0,65 | 4,81 | 10,7 | 84,5 |
| Бразилія | 1 | 0,63 | 3,98 | 1,25 | 72,5 |
| Голландія | 1 | 0,45 | 3,40 | 4,02 | 86,4 |
| Вірменія | 1 | 0,37 | 2,08 | 36,4 | 63,1 |
| Пакистан | 1 | 0,13 | 0,07 | 0,11 | 6,4 |
| Усього | 433 | 349,00 | 2 398 |
Такі країни, як Австрія, Данія, Філіппіни та Швеція заявили про намір повністю відмовитися від АЕС і демонтувати ті ядерні блоки, які там є.
Трагедія на ЧАЕС повністю розвіяла міф про дешевий і безпечний "мирний" атом.
Таблиця 6. Найбільші аварії на АЕС (Преждо и др., 1996)
| Віндскале, Великобританія | СЛ-1, США | Люценс, Швейцарія | ТМІ, США | Чорнобиль, Україна | |
| Дата аварії | 10.10.1952 | 01.03.1957 | 21.01.1969 | 29.031979 | 26.04.1986 |
| Дата пуску | 1951 | 1958 | 1968 | 1978 | 1983 |
| Теплова потужність, МВт | - | 3 | 30 | 2800 | 3200 |
| Мета використання | воєнна | воєнна | цивільна | цивільна | цивільна |
| Максимальна потужність, МВт | - | 19000 | - | - | 320000 |
| Максимальна | |||||
| температура топливних | - | 2000 | 1300-3100 | 3100 | 4000-5000 |
| елементів, К | |||||
| Стан реактора після аварії | Знищено 150 | Знищено 20% | Знищено 1 паливний елемент | Повністю | Повністю |
| паливних | паливних | знищено | знищено | ||
| елементів | елементів | ||||
| Максимальна доза опромінення (mSv) | 160 | 0,1 | 0,05 | 0,5 | 300-500 |
| Колективна доза опромінення | 1200 | - | Дуже мала | 100 | 1600 |
У галузі практичного використання ядерної енергії сформувався такий основний напрямок, як ядерна енергетика, тобто здійснення в промислових масштабах перетворення ядерної енергії в інші види (механічну, електричну тощо), які використовуються потім для виробничих і побутових потреб.
Перетворення ядерної енергії в електричну відбувається на АЕС, основною частиною яких є ядерний реактор. У світі розроблено багато типів ядерних реакторів, що різняться за видами ядерного палива (за засобами і ступенем його збагачення), сповільнювачів, теплоносіїв, за використанням нейтронів та ін. Перевагу у використанні отримали ядерні реактори на теплових нейтронах, як більш прості. У так званій активній зоні реактора ядерне паливо під упливом нейтронів вступає в ланцюгову реакцію. Енергія, що при цьому виділяється, відводиться за допомогою теплоносія (води, органічної рідини, розплавленого металу, газу та ін.).
Навколо активної зони розміщено відображувач нейтронів. Управління ланцюговою реакцією здійснюється за допомогою стержнів-поглиначів, які підтримують виділення енергії на потрібному рівні, забезпечують рівномірність її розподілу по об'єму реактора. Ядерне паливо знаходиться в реакторі у вигляді стержнів - ТВЕЛів (тепловиділяючих елементів).
У міру "вигорання" компонента ядерного палива, що ділиться, умови, необхідні для роботи реактора, погіршуються (зникають активні атоми, накопичуються осколки поділу, поглинаються нейтрони). Щоб збільшити строк експлуатації ТВЕЛів, до активної зони реактора вводять стержні з речовин, які сильно поглинають нейтрони (Вr, Са та ін.). Спочатку їх занурюють глибоко, потім поступово виводять з активної зони. Таким чином підтримується стаціонарний ("критичний") режим. Переміщуючи стержні близько положення, що відповідає критичному стану, регулюють ланцюговий процес, посилюючи чи послаблюючи його. Таким чином регулюється потужність ядерного реактора.
Якщо видалити керуючі стержні з активної зони, реактор стане надкритичним, а значить і вибухонебезпечним. З цієї точки зору ніякий з існуючих реакторів не можна назвати абсолютно безпечним.
Як паливо для ядерних реакторів використовують уран, плутоній, торій. На шляху використання атомної енергії перед людством постає все більше й більше проблем. На першому плані стоять заходи щодо гарантування безпеки навколишнього середовища та населення, проблема поховання високорадіоактивних відходів, проблеми роботи АЕС в енергосистемах і багато інших. Системи забезпечення безпеки АЕС постійно розвиваються і вдосконалюються. Але незважаючи на це, атомна енергетика повністю екологічно безпечною вважатися не може.
Зараз учені всього світу працюють над отриманням екологічно безпечної і дешевої термоядерної енергії. Ідея термоядерного реактора - токамака належить видатним російським фізикам А.Д. Сахарову й І.Є. Тамму. За найбільш оптимістичними прогнозами, термоядерна електростанція почне виробляти енергію у 2050 р.
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