Проблемы энергетики и их решение

Таблица №1

Технологический процесс

Влияние на элементы среды и биоту

Примеры цепных реакций

воздух

почвы и грунты

воды

экосистемы и человека

1

2

3

4

5

6

Добыча топлива:

-жидкое (нефть) и в виде газа

Углеводо-родное загрязнение при испарении и утечках

Повреждение или уничтожение почв при разведке и добыче топлива, передвижениях транспорта и т.п.; загрязнение нефтью, техническими химикатам,

Металлолом и др. отходами

Загрязнение нефтью в результате

утечек, особенно при

авариях и

добычах со

дна водоемов, загрязнение технологическими

химреагентами и другими

отходами;

разрушение водоносных

структур в

грунтах, откачка подземных вод их сброс в водоемы

Разрушение и повреждение экосистем в местах добычи и при обустройстве месторождений(дороги, линии электропередач, водопроводы и т.п.), загрязнение при утечках и авариях, потеря продуктивности, ухудшение

Качества продукции.

Воздействие на человека в основном через биопродукцию (особенно гидробионтов).

Загрязнение почв->

загрязнение вод нефтью и химреагентами -> гибель планктона и других групп организмов -> снижение рыбопродукгивности -> потеря потребительских или вкусовых свойств

воды и продуктов промысла

-твердое: угли, сланцы торф и т.п.) Пыль при взрывных и других работах, продукты горения терриконов и т.п. Разрушение почвы и грунтов при добыче открытыми методами (карьеры), просадки рельефа, разрушение грунтов при шахтных методах добычи Сильное нарушение водоносных структур, откачка и сброс в водоемы шахтных, часто высокоминера-лизированных, железистых и других вод Разрушение экосистем или их элементов, особенно при открытых способах добычи, снижение продуктивности, воздействие на биоту и человека через загрязненные воздух, воды и пищу. Высокая степень заболеваемости, травматизма и смертности при шахтных способах добычи
Транспор-тировка топлива Загрязнение при испарении жидкого топлива, потере газа, нефти, пылью от твердого топлива Загрязнение при утечках, авариях, особенно нефтью Загрязнение нефтью в результате потерь и при авариях В основном через загрязнение вод и гидробионтов
Работа электростанций на твердом топливе Основные поставщики углекислого газа, сернистого ангидрида, окислов азота, продуктов для кислых осадков, аэрозолей, сажи, загрязнение радиоактивными веществам и, тяжелыми металлами Разрушение и сильное загрязнение почв вблизи предприятий (техногенные пустыни), загрязнение тяжелыми металлами, радиоактивными веществами, кислыми осадками; отчуждение земель под землеотвалы, другие отходы Тепловое загрязнение в результате сбросов подогретых вод, химическое загрязнение через кислые осадки и сухое осаждение из атмосферы, загрязнение продуктами вымывания биогенов и ядовитых веществ (алюминий)из почв и грунтов Основной агент разрушения и гибели экосистем, особенно озер и хвойных лесов (обеднение видового состава, снижение продуктивности, разрушение хлорофилла, вымывание биогенов, повреждение корней и т.п.). Эвтрофикация вод и их цветение. На человека через загрязнение воздуха, воды, продуктов питания, разрушение природы, строений, памятников и т.п.

Загрязнение воздуха продуктами горения-» кислые осадки-» гибель лесов и экосистем озер > нарушение круговоротов вешеств  > антропогенные сукцессии

Тепловое загрязнение вод > дефицит кислорода > эвтрофикация и цветение вод > усиление дефицита кислорода > превращение водных экосистем в болотные

Работа электростанций на жидком топливе и газе То же, но в значительно меньших масштабах То же, но в значительно меньших масштабах Тепловое загрязнение, как для твердого топлива, остальные в значительно меньших масштабах То же, но в значительно меньших масштабах

Таблица №2

Технологический процесс

Влияние на элементы среды и биоту

Примеры цепных реакций

воздух

почвы и грунты

воды

экосистемы и человека

1

2

3

4

5

6

Строительство ГЭС Разрушение почв и грунтов на стройпло-щадках, подъездных путях, хозяйствен-ных объектах и т.п.; перемеще-ние больших масс грунтов, особенно при строитель-стве плотин и обвалова-нии водохрани-лищ Аэрозольное загрязнение продуктами разрушения почв, стройматериалами (особенно цементом); химическое - в небольших объемах в основном от работы техники, предприятий, стройматериалов Некоторое нарушение режима и загрязнение в местах строительства (обводные каналы и т.п.) Частичное разрушение экосистем и их элементов(растительности, почв), фактор беспокойства для животных, интенсивный промысел и т.п. Влияние на человека в основном через изменение среды и социальные факторы Текущая вода (река) -> водохранилище -> накопление химических веществ (эвтрофикация) плюстепловое загрязнение -> зарастание водоема (цветение) -> обогащение органикой -> обескислороживание -> превращение экосистемы транзитноготипа в аккумулятивнозастойную -> порча воды -> болезни рыб -> потеря пищевых или вкусовых свойств воды и продуктов промысла Заполне-ние водохра-нилищ Уход под воду плодородных пойменных земель (затопление), подъем грунтовых вод в прибреж-ной зоне (подтопле-ние, заболачи-вание). В горных условиях такие явления выражены в меньшей степени Дополнительноеиспарение с чаши водохранилищ Смена текущих вод на застойные, неизбежное загрязнение водохранилищ быстрорастворимыми или взмучиваемыми веществами при заполнении чаши водохранилищ и формировании берегов Полное уничтожение сухопутных экосистем (сведение лесов или их гибель от подтопления, часто оставление всей биомассы в зоне затопления), смена прибрежных экосистем. Неизбежное переселение людей из зоны затопления, социальные издержки Давление водных масс на ложе водохранилищ -> интенсификация сейсмических явлений Работа ГЭС То же,что и при затоплении, ПЛЮС MHOголет-нее разрушение береговой линии (абразия), формирова-ние новых типов почв в прибреж-ной зоне Повышение влажности, понижение температур туманы, местныеветры, часто неприятный запах от гниения органических остатков Загрязнение в результате стоков с водосборов и разложения больших масс органики почв, растительных остатков, древесины и т.п., образование фенолов, накопление биогенов и других веществ; усиленное прогревание, особенно мелководий (тепловое загрязнение) ,эвтрофикация, цветение, потеря кислорода, накопление тяжелых металлов, ила, радиоактивных и других веществ, порча воды Формирование новых экосистем (в основном луговых и болотных) в зоне подтопления, зарастание вод. цветение; нарушение миграций рыб и других гидробионтов, смена более ценных видов менее ценными; заболевания рыб (гельминты и другие паразиты), забивание жаберных щелей рыб водорослями, разрушение нерестилищ и зимовальных ям. Потеря вкусовых качеств рыб. Увеличение вероятности заболеваний людей при контакте с водными массами (купание и т.п.) и продуктами промысла

ИМЭ ИГУ

Реферат на тему:

«Проблемы энергетики и способы решения»

Иркутск 2003г.

Введение.

« Нетрадиционная энергетика»

нетрадиционная потому, что

не везде ещё у нас есть традиция -

беречь родную природу.

Разуваев В.А.

Говоря об энергии, мы, как правило, подразумеваем электроэнергию. Поэтому от сюда и далее говоря об энергии, я буду иметь в виду электричество. И далее я буду развивать только это направление.

Мы всегда гордились и гордимся открытиям «гигантов» по выработке электроэнергии. Это вызывало всегда бурный восторг большую часть населения. Это означало что всегда в доме будет столь привычное нам свет и тепло; показывало наше могущество перед другими странами; также мы хотели доказать чего достиг человек и что он может сделать… Можно многое перечислять, но тогда, а может и сейчас, это была такая идеология, принцип жизни. Радуясь новым открытиям сверхгигантов, мы не задумывались о последствиях, о её роли в экологии природы. Уже не один десяток лет человечеству были известны множество альтернативных источников энергии, которые более чистые, экономичнее и даже с более высоким КПД. Почему их не использую, трудный вопрос. И на этот вопрос частично отвечает эпиграф. Можно привести маленький пример:

Стоит большая ГЭС. Допустим, что она снабжает энергией пол области. Рассмотрим экологическую и экономическую ситуацию вокруг неё. Начну с того, что было потрачено много сил и денег на возведение плотины. Пока возводится плотина реку куда-то надо временно отводить, т. е. рыть русло (опять затраты). Необходимо выселить людей из зоны затопления. Нужно провести ни одну сотню километров кабеля, чтобы снабдить электричеством пол области. В результате мы видим, что заболачивается местность, затоплено большая площадь лесов, полей, домов, вырубка деревьев там, где пройдут провода от ГЭС до потребителя, хотя он может оказаться на другом конце области…

Рассмотрим альтернативу. Есть так называемые мини ГЭС. Для них не нужно возводить платины, отводить реки и т.д. Они, конечно, дают меньше энергии, но они также менее затратные и их влиянии на природу значительно меньше. Если несколько таких мини ГЭС поставить по области, то они вместе нанесут вред меньше, чем одна большая ГЭС, затрат будут тоже меньше, а энергии возможно даже и больше. К тому же не надо проводить многокилометровые провода, в которых теряется часть энергии.

Возможно, пример не совсем удачен потому, что мини ГЭС тоже экологичными не назовешь. Но я на сегодня не знаю ни одного источника энергии, который не оказывал бы влияния на природу и на человека в той или иной степени. В принципе они вряд ли существуют.

На этом примере я закончу мое введение. Далее я попытаюсь более шире раскрыть нависшую проблему и довести свой ход мыслей до конца.

Энергетика, её роль в современном мире.

“Жизнь наша коротка, потому что

мы дурно ею распоряжаемся”

Сенека

Начиная повествование об энергии, я хочу привести почти крылатую фразу про деньги, но она актуальна и про энергию: «…их может не хватать, их может быть достаточно, но их никогда не бывает много...». Электроэнергетика в 20 столетии развивалась весьма стремительно. ТЭЦ, ГЭС, АЭС росли «как грибы после дождя». Потребление энергии растет колоссальными темпами, и оно продолжает этот рост и по сей день. Я хочу привести пример, который я наблюдал своими глазами. Последние два лета я работал программистом на одном из достаточно крупном предприятии своего города. Что я видел прошлым летом и этим это две большие разницы. Количество компьютеров удвоилось, почти в каждом отделе появились электроприборы (чайники, электроплитки, холодильники и т.д.), вентиляторы или кондиционеры, разного рода электрооборудования, пришедшее на замену ручного труда. Даже не подчитывая затраты на электричество, не трудно видеть что почти на двое повысилось потребление.

В 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Но в 2000 году произведено около 30 тысяч миллиардов киловатт часов. Население земного шара в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет. В тоже время в энергетике это происходит через каждые 12-15 лет. Таким образом, возрастает количество энергии на душу населения. Но не каждая душа её получает хотя бы в малых кол-вах. Львиная доля приходится на развитые и высокоразвитые страны. И проблема возникает, как правило, в этих странах.

В современном мире трудно представить жизнь без электричества. Экономики многих стран терпят миллиардные потери при, даже небольшом, «голоде» электричества. Тому недавний пример в США и Канаде. На электричестве «сидят» все предприятия, больницы, дома и т.д. Жизнь людей стала зависеть от электричества как напрямую, так и косвенно.

Считается, что электроприборы «экологичные» и поэтому менее вредны здоровью человека и на окружающую среду. Да это так, но её, то бишь энергию, ещё нужно произвести. А это не всегда бывает экологически приемлемо.

О цифрах…

«Мусорный ветер, дым из трубы

плач природы, смех сатаны…»

гр. «Крематорий»

В мире от сжигания топлива (нефтепродукты, газ, различные биоресурсы) вырабатывается около 80-85% энергии. Хотя по тенденции последних лет доля его постепенно снижается. Среди источников продуктов сжигания лидирует уголь – 52% (в Китае-75%, В России-18%). В России преобладающим источником энергии является природный газ – 40%. На долю нефти в России приходится не более 10% (в США-35). От гидроресурсов мир получает около 5-6% энергии (в России 20,5%). На атомную энергию приходится 17-18%. В России её доля около 12%, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе. Например, Франция – 74%, Бельгия – 61%, Швеция – 45%.

Основным загрязнителем является лидер, т.е. электростанции, которые работают на сжигании топлива. Они поставляют в атмосферу техногенный углерод (в основном в виде СО₂), около 50% двуокиси серы, 35% окислов азота и столько же пыли. По некоторым данным, тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС той же мощности. В выбросах ТЭЦ содержится значительно количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединения свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния-1,5 млн. доз. Смертельных исходов практически не случаются, т. к. они поступают в организм в незначительных количествах, но здоровье подрывают конкретно. Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице №1.

Влияние энергетики на среду и её обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом идет газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га. земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы. Основные воздействия ГЭС на среду, различные звенья экосистем и человека приведены в таблице №2. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых Каспия после строительства на ней каскада ГЭС. Имеются данные, в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина, построенная на Ниле в 60-е годы, будет наполовину заилена уже к 2025 году. Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большей территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будут превышать 5% от общей. Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых (аридных) районах, испарении с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км3. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления воды Москвой. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обуславливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направления сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позваляет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС. К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших ; более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается. В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га, или 80000 км2.По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду:

разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при открытом способе);

изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;

изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;

не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

А есть ли выход?

"Нет простых решений,

есть только разумный выбор".

Мудрец.

Вот я и подошёл к финальной и важной части реферата. Здесь попытаюсь рассказать об альтернативных видах получения энергии. Я считаю, что проблема стоит не только в получении энергии, но в рациональном его использовании. Необходимо разрабатывать и внедрять технологии с низким потреблением электричества. Но, как и всегда проблема состоит в деньгах, а точнее в их отсутствии. Решение этой проблемы не решит главную проблему – получения «безопасного» источника. Слово безопасного я взял кавычки потому, что абсолютно чистого источника не существует. Разве что вечный двигатель, но его ещё не изобрели. Необходимо также усовершенствовать уже существующие электростанции. От них вряд ли откажутся в ближайшее время. Да пока создадут и внедрят чистый способ получения энергии, его же надо откуда-то получать. А все это время оно будет воздействовать на окружающую среду и человека.

Рассмотрим некоторые пути и способы использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов. В их числе можно назвать следующие:

1. Использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов.

2. Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания.

3. Большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности для России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других устройств.

4. Не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше.

Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду, что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на АЭС - не менее 70% энергии. Энергия теряется также при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло.

5. Заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объекты получения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

Рассмотрим альтернативные источники получения энергии. После изучения материала, я решил на первое место поставить геотермальный способ. Т.е. получения энергии за счет тепла земли. Горячих источников на нашей планете предостаточно. В некоторых странах на её долю приходится значительна часть энергобаланса страны (Например, Исландия). Геотермальные станции необязательно строить в близи теплых источников. Можно построить электростанцию и в любом другом месте, только это займет значительных затрат. Необходимо вырыть яму в несколько километров. Температура земли должна быть около 350⁰С или выше. В яму отпускают две трубы. По одной из них поступает вода, а по другой возвращается пар.

Установка выглядит примерно так:

К тому же можно получать не только энергию, но и тепло. Что будет более эффективней, т.к. для тепла не обязательно капать так глубоко. Я уверен, что такая установка окупится весьма быстро. А воздействие на окружающею среду минимальны. Такие станции уже есть в мире. Например, в США есть место, где вокруг нет горячих источников, но там работает описанная станция.

На второе место я поставлю солнечную энергию. В биомассе концентрируется ежегодно меньше 1% потока солнечной энергии. Однако эта энергия существенно превышает ту, которую получает человек из различных источников в настоящее время и будет получать в будущем. Биомассу можно легко переработать в другие виды топлива, например в биогаз или этиловый спирт. Первый является результатом анаэробного (без доступа кислорода), а второй аэробного (в кислородной среде) брожения.

Имеются данные, что молочная ферма на 2 тысячи голов способна за счет использования отходов обеспечить биогазом не только само хозяйство, но и приносить ощутимый доход от реализации получаемой энергии. Большие энергетические ресурсы сконцентрированы также в канализационном иле, мусоре и других органических отходах. А это частично решает проблему переработки мусора.

Спирт, получаемый из биоресурсов, все более широко используют в двигателях внутреннего сгорания. Так, Бразилия с 70-х годов значительную часть автотранспорта перевела на спиртовое горючее или на смесь спирта с бензином - бензоспирт. Опыт использования спирта как энергоносителя имеется в США и других странах.

В последнее время в литературе появились термины «энергетические культуры», «энергетический лес». Под ними понимаются фитоценозы, выращиваемые для переработки их биомассы в газ или жидкое горючее. Под «энергетические леса» обычно отводятся земли, на которых по интенсивным технологиям за короткие сроки (5-10 лет) выращивается и снимается урожай быстрорастущих видов деревьев (тополя, эвкалипты и др.).

Ежегодно в деревьях, кустарниках, траве, водорослях накапливается 3 х 10 ²¹ Дж законсервированной с помощью фотосинтеза энергии. Это в 10 раз больше того, что тратится за тот же срок человечеством. Однако не губить же зеленые богатства планеты? Нужно создавать в энергетические плантации. В будущем, видимо, после решения продовольственной проблемы быстрорастущие виды растений станут высаживать специально «на откорм» микроорганизмам и в результате их жизнедеятельности получат ценное топливо - метан.

Впрочем, КПД фотосинтеза растений очень мал - в среднем 0,1 %. Есть другие перспективные направления биогелиоэнергетики. Например, несколько лет назад открыто явление биофотолиза - разложение воды на водород и кислород под действием солнечного света при активном посредничестве выделенных из растений фотосинтезирующих веществ. Другой необходимый компонент - фермент гидрогенеза, имеющий сродство к атомам водорода. Именно он «убеждает» фотосинтезирующие вещества приступить к гидролизу. Задача исследователей - научиться создавать условия, при которых этот процесс идет стабильно. Ведь изъятые из клетки хлоропласты быстро разрушаются на свету.

Довольно хорошо отработаны микробиологические способы разложения воды. Открыты и уже используются микроорганизмы, результат жизнедеятельности которых - водород. В специальных емкостях для них размножают корм - микроскопические водоросли определенных видов. Водоросли поглощают солнечный свет, осуществляют фотосинтез, а микроорганизмы, поедающие их, разлагают воду, выделяют водород. Водород - это экологически чистое химическое топливо. При его сгорании получается исходный продукт - вода. Энергетический круговорот воды может продолжаться до тех пор, пока светит Солнце.

В целом же биотопливо можно рассматривать как существенный фактор решения энергетических проблем если не в настоящее время, то в будущем. Основное преимущество этого ресурса - его постоянная и быстрая возобновимость, а при грамотном использовании и неистощимость.

На третье место я хочу поставить так называемые мини-ГЭС. Подобную установку я уже вкратце описал в введении. Я считаю, что крайне недостаточно используются энергетические ресурсы средних и малых рек (длина от 10 до 200 км). Только в России таких рек имеется более 150 тысяч. В прошлом именно малые и средние реки являлись важнейшим источником получения энергии. Небольшие плотины на реках не столько нарушают, сколько оптимизируют гидрологический режим рек и прилежащих территорий. Их можно рассматривать как пример экологически обусловленного природопользования, мягкого вмешательства в природные процессы. Водохранилища, создававшиеся на малых реках, обычно не выходили за пределы русел. Такие водохранилища гасят колебания воды в реках и стабилизируют уровни грунтовых вод под прилежащими пойменными землями. Это благоприятно сказывается на продуктивности и устойчивости как водных, так и пойменных экосистем.

Имеются расчеты, что на мелких и средних реках можно получать не меньше энергии, чем ее получают на современных крупных ГЭС. В настоящее время имеются турбины, позволяющие получать энергию, используя естественное течение рек, без строительства плотин. Такие турбины легко монтируются на реках и при необходимости перемещаются в другие места. Хотя стоимость получаемой на таких установках энергии заметно выше, чем на крупных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесообразным ее получение.

На четвертое место я хочу поставить пока не существующий способ получения энергии. Но считаю, что она весьма перспективна. Она послужит заменой существующих атомных станций. Современная атомная энергетика базируется на расщеплении ядер атомов на два более легких с выделением энергии пропорционально потере массы. Источником энергии и продуктами распада при этом являются радиоактивные элементы. С ними связаны основные экологические проблемы ядерной энергетики.

Еще большее количество энергии выделяется в процессе ядерного синтеза, при котором два ядра сливаются в одно более тяжелое, но также с потерей массы и выделением энергии. Исходными элементами для синтеза является водород, конечным - гелий. Оба элемента не оказывают отрицательного влияния на среду и практически неисчерпаемы.

Результатом ядерного синтеза является энергия солнца. Человеком этот процесс смоделирован при взрывах водородных бомб. Задача состоит в том, чтобы ядерный синтез сделать управляемым, а его энергию использовать целенаправленно. Основная трудность заключается в том, что ядерный синтез возможен при очень высоких давлениях и температурах около 100 млн. °С. Отсутствуют материалы, из которых можно изготовить реакторы для осуществления сверхвысокотемпературных (термоядерных) реакций. Любой материал при этом плавится и испаряется.

Ученые пошли по пути поиска возможностей осуществления реакций в среде, не способной к испарению. Для этого в настоящее время испытываются два пути. Один из них основан на удержании водорода в сильном магнитном поле. Установка такого типа получила название ТОКАМАК (Тороидальная камера с магнитным полем). Такая камера разработана в институте им. Курчатова. Второй путь предусматривает использование лазерных лучей, за счет которых обеспечивается получение нужной температуры и в места концентрации которых подается водород.

Несмотря на некоторые положительные результаты по осуществлению управляемого ядерного синтеза, высказываются мнения, что в ближайшей перспективе он вряд ли будет использован для решения энергетических и экологических проблем. Это связано с нерешенностью многих вопросов и с необходимостью колоссальных затрат на дальнейшие экспериментальные, а тем более промышленные разработки.

Состояние АПЭ.

По прогнозу Мирового энергетического конгресса в 2020 году на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5,8 % общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) планируется довести долю АПЭ до 20 % (20 % энергобаланса США - это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70 % жилищного фонда. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции (ГеоТЭС) суммарной мощностью 5136 мВт, строятся 117 ГеоТЭС мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США (более 40 % действующих мощностей в мире). Там работает 8 крупных солнечных ЭС модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей (СФАП) достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии - 8 млн. м^2. В США и в Японии работают боле 5 млн. тепловых насосов. За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветроустановок с суммарной мощностью 70000 мВт (10 % энергобаланса США). В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного внедрения.

Состояние АПЭ в России

В 1990 году на долю АПЭ приходилось приблизительно 0,05 % общего энергобаланса, в 1995 году - 0,14%, на 2005 год планируется около 0,5-0,6% энергобаланса страны (т.е. приблизительно в 30 раз меньше, чем в США, а если учесть соотношение энергобалансов, то у нас «запланировано» отставание примерно в 150 раз). Всего в России 1 ГеоТЭС (Паужекская, 11 мВт), и то технологически крайне неудачная, 1 приливная ЭС (Кислогубская, 400 кВт), 1500 ветроустановок (от 0,1 до 16 кВт), 50 микроГЭС (от 1,5 до 10 кВт), 300 малых ГЭС (2 млрд. кВт/ч), солнечные ФЭС (в сумме приблизительно 100 кВт), солнечные коллекторы площадью 100 000 м^2, 3000 тепловых насосов (от 10 кВт до 8 мВт).

Заключение.

В заключении я хочу выделить причины, почему в мире так неохотно переходят на АПЭ:

1) финансирование – пожалуй, самая главная проблема.

2) не достаточно изученность многих АЭП

3) низкое КПД

4) разные административные барьеры

Итак, по всем видам АПЭ Россия находится на одном из последних мест в мире. В нашей стране отсутствует правовая база для внедрения АПЭ, нет никаких стимулов для развития этого направления. В стране отсутствует отрасль, объединяющая все разрозненные разработки в единый стратегический замысел. В концепции Минтопэнерго АПЭ отводится третьестепенная, вспомогательная роль. В концепциях РАН РФ, ведущих институтов, отраженных в программе «Экологически чистая энергетика» (1993 г.) практически отсутствует стратегия полномасштабного перехода к альтернативной энергетике и по-прежнему делается ставка на малую, автономную энергетику, причем в весьма отдаленном будущем. Что, конечно скажется на экономическом отставании страны, а также на экологической обстановке как в стране так и в мире в целом.

13