Наиболее безопасные способы производства энергии

Наиболее безопасные способы производства энергии

В начале промышленной революции было обнаружено, что энергия, содержащаяся в ископаемом топливе, может быть высвобождена для повышения производительности труда. Это открытие изменило развитие человечества: на протяжении большей части истории условия жизни во всем мире были одинаково плохими. Ситуация начала быстро меняться, как только мы научились использовать уголь, нефть и газ. В последние годы мы также получили доступ к современным возобновляемым источникам энергии и атомной энергии.

Растущая доступность дешевой энергии была неотъемлемой частью прогресса, который мы наблюдали в течение последних нескольких столетий. Доступ к энергии является одной из основных движущих сил развития. Организация Объединенных Наций заявляет, что “энергетика занимает центральное место почти во всех крупных проблемах и возможностях, с которыми сталкивается сегодня мир.”

Смертность от производства энергии в расчете на ТВтч

Показатели смертности от загрязнения воздуха и несчастных случаев, связанных с производством энергии, измеряемые в смертных случаях на тераватт-час (ТВтч)

Но производство энергии имеет и недостатки, и преимущества. Существует три основные категории:

Загрязнение воздуха: по оценкам, ежегодно в результате загрязнения воздуха преждевременно умирают пять миллионов человек; большинство этих смертей вызвано сжиганием ископаемого топлива и биомассы.

Несчастные случаи: наряду со смертями, вызванными побочными продуктами производства энергии, люди умирают в результате несчастных случаев в цепях поставок, будь то добыча угля, урана или редких металлов; добыча нефти и газа; транспортировка сырья и инфраструктуры; строительство; или их развертывание.

Выбросы парниковых газов: возможно, наиболее широко обсуждаемым недостатком являются выбросы парниковых газов в результате производства энергии, которые являются ключевым фактором изменения климата.

Все источники энергии имеют негативные последствия. Но они чрезвычайно различаются по величине этих эффектов. Это различие можно легко подытожить: по всем показателям ископаемое топливо является самым грязным и опасным, в то время как ядерные и современные возобновляемые источники энергии значительно безопаснее и чище.

С точки зрения как здоровья человека, так и изменения климата, менее важно, используем ли мы ядерную энергию или возобновляемые источники энергии, и более важно, что мы переходим на один или оба из них, а не на ископаемое топливо.

Ядерная энергетика намного, намного безопаснее ископаемого топлива, вопреки общественному мнению.

На протяжении большей части последних 50 лет в наших энергетических системах преобладают ископаемые виды топлива, традиционная биомасса, гидроэнергетика и ядерная энергия.

Смертность от производства энергии

Уровень смертности от источников энергии измеряется как число смертей от загрязнения воздуха и несчастных случаев на душу населения.
тераватт-час (ТВЧ) производства энергии.

В будущем мы ожидаем, что возобновляемые источники энергии будут вносить все большую долю в общий объем энергии, но прежде чем мы рассмотрим, как соотносятся возобновляемые источники энергии, давайте сначала посмотрим, как ископаемое топливо сочетается с ядерной энергией с точки зрения безопасности.

Анил Маркандья и Пол Уилкинсон (2007) опубликовали в медицинском журнале The Lancet анализ, в котором сравнивали показатели смертности от основных источников энергии.2 в этом исследовании они рассматривали случаи смерти от несчастных случаев, таких как Чернобыльская ядерная катастрофа, несчастные случаи на производстве в горнодобывающей промышленности или на электростанциях, а также преждевременную смерть от загрязнения воздуха.

Это исследование было опубликовано в 2007 году, перед ядерной катастрофой на АЭС «Фукусима-Дайити» в Японии в 2011 году. Вы можете предположить, что цифры из этого анализа, следовательно, занижают число погибших от ядерной энергии, но на самом деле верно обратное. Далее в этой статье мы рассмотрим более недавнее исследование по безопасности низкоуглеродных источников энергии, опубликованное в 2016 году, которое включает последствия Фукусимы и фактически сообщает о более низком уровне смертности, чем Маркандья и Уилкинсон (2007).4 прямых смертей в результате катастрофы на АЭС «Фукусима-Дайити» не было. Официальное число погибших составило 573 человека, причем все они погибли преждевременно в результате эвакуации и перемещения населения в близлежащих районах. В 2018 году японское правительство сообщило, что один рабочий с тех пор умер от рака легких в результате воздействия этого события.

Чтобы сравнить безопасность различных источников энергии, исследователи сравнили количество смертей на единицу вырабатываемой ими энергии.6 в визуализации мы видим сравнение безопасности ископаемого топлива, ядерного топлива и биомассы, измеренное как число смертей на тераватт-час производства энергии. Один тераватт-час энергии примерно равен годовому потреблению энергии 27 000 граждан Европейского Союза.

Ядерная энергия является самым безопасным источником энергии в этом сравнении – она приводит к более чем в 442 раза меньшему количеству смертей, чем самые «грязные» формы угля; в 330 раз меньшему, чем уголь; в 250 раз меньшему, чем нефть; и в 38 раз меньшему, чем газ. Для ясности: цифры в этом анализе были основаны на производстве энергии в Европе, где регулирование и технологии борьбы с загрязнением окружающей среды уже значительно опережают многие страны мира; в этом случае уровень смертности от ископаемого топлива может быть даже занижен.

Давайте рассмотрим это в контексте 27 000 европейцев, которых мог бы обеспечить один тераватт-час. Здесь мы берем очень упрощенный пример, но представьте себе, что у нас есть деревня с населением 27 000 человек.8 Если бы они производили всю свою энергию из угля, мы ожидали бы, что 25 человек умрут преждевременно каждый год в результате (большинство из них от воздействия загрязнения воздуха). Если бы они производили свою энергию из нефти, мы ожидали бы, что 18 умрут каждый год; и 3 умрут, если бы они полагались на природный газ.

Если бы они получали свою энергию от ядерной энергии, в большинстве лет не было бы никаких смертей. На самом деле, потребовалось бы по крайней мере 14 лет, прежде чем вы ожидали бы единственную смерть. Возможно даже, что эта цифра завышена – позже в статье мы рассмотрим более поздний анализ ядерной безопасности, который предполагает, что это ближе к одной смерти каждые 100 лет.

Поэтому ископаемое топливо убило гораздо больше людей, чем ядерная энергия.

Однако во многих странах общественное мнение о ядерной энергетике весьма негативно, и, как следствие, политические решения в некоторых местах резко обернулись против нее.

После аварии на АЭС «Фукусима» в 2011 году Германия объявила о планах поэтапного прекращения производства атомной энергии: в период с 2011 по 2017 год она закрыла 10 из 17 своих ядерных объектов, а в 2022 году планирует закрыть оставшиеся реакторы.

Эти политические решения могут стоить жизни. В исследовании, опубликованном в журнале Environmental Science and Technology, Пушкер Хареха и Джеймс Хансен (2013) перевернули традиционный вопрос: «сколько людей погибло от ядерной энергии?»в» сколько жизней спасла атомная энергетика?».Они проанализировали, сколько еще людей погибло бы за период с 1971 по 2009 год, если бы ядерная энергия была заменена ископаемым топливом. Человеческие затраты зависели бы от смеси ископаемых видов топлива, используемых для замены ядерного – больше погибло бы, если бы было использовано больше угля, чем нефти или газа – но они оценивают среднюю цифру в два миллиона спасенных жизней.

Замена ядерной энергии ископаемым топливом убивает людей. Это, вероятно, будет иметь место в недавнем примере Германии. Большая часть энергетического дефицита Германии, вызванного утилизацией ядерного топлива, была восполнена за счет увеличения добычи угля – самого загрязняющего источника с наибольшим воздействием на здоровье. Анализ, проведенный Стивеном Джарвисом, Оливье Дешеном и Акшайей Джа (2020), показывает, что отказ Германии от ядерного оружия обошелся более чем в 1100 дополнительных смертей каждый год в результате загрязнения воздуха.12 его планы сделать свои энергетические системы более безопасными привели к прямо противоположным результатам.

Современные возобновляемые источники энергии примерно так же безопасны, как ядерная энергия.

Возобновляемые источники энергии в будущем будут составлять все большую долю энергоснабжения. Как соотносится безопасность возобновляемых источников энергии?

Большинство из нас слышали истории о затоплении плотин гидроэлектростанций, падении людей с крыш при установке солнечных батарей или обрушении ветряных турбин. И это правда, такие события случаются. Но насколько они распространены? Преувеличены ли опасения по поводу безопасности возобновляемых источников энергии?

Бенджамин Совакул и его коллеги (2016) исследовали безопасность низкоуглеродистых источников энергии в исследовании, опубликованном в журнале «чистое производство».13 в этом анализе авторы составили базу данных о максимально возможном количестве аварий на энергосистемах за период с 1950 по 2014 год на основе обширного поиска академических баз данных (включая ScienceDirect и EBSCO host) и новостных сообщений через Google.

В визуализации я объединил два исследования, описанные выше, чтобы мы могли сравнить ископаемое топливо, ядерную и возобновляемую энергию. Опять же, для сравнения приведены показатели смертности на единицу энергии. Если вы хотите сравнить только низкоуглеродистые источники энергии, вы можете найти эти данные здесь.

Вы заметите два значения как для ядерной энергии, так и для биомассы – они представляют собой несколько отличающиеся оценки из двух различных исследований: более ранней работы Markandya и Wilkinson (2007) и недавнего анализа Sovacool et al. (2016). Я объясняю, почему эти цифры отличаются, а также как оцениваются смерти от ядерной энергии в выпадающем списке в конце этого поста.

Мы видим огромную разницу в уровне смертности от ископаемых видов топлива по сравнению с ядерными и современными возобновляемыми технологиями. Ядерные и возобновляемые источники столь же безопасны: в диапазоне от 0,005 до 0,07 смертей на ТВтч. Как ядерные, так и возобновляемые источники энергии имеют уровень смертности в сотни раз ниже, чем уголь и нефть, и в десятки-сотни раз безопаснее, чем газ.

Этот вывод остается верным независимо от того, выбираете ли вы более высокий (консервативный) или более низкий уровень смертности для ядерной энергетики. В обоих случаях он сопоставим с технологиями возобновляемой энергетики.

Давайте снова рассмотрим это в контексте нашего города с 27 000 граждан ЕС, которые в совокупности потребляли бы около одного тераватт-часа энергии в год. Это последствия, если они получили всю свою энергию из данного источника.:

Уголь: 25 человек умрут преждевременно каждый год;
Нефть: каждый год преждевременно умирают 18 человек;
Газ: 3 человека умрут преждевременно каждый год;
Ядерный: пройдет от 14 до 100 лет, прежде чем кто-то умрет.;
Ветер: за 29 лет до того, как кто-то умер;
Гидроэнергетика или солнечная энергия: 42 года до того, как кто-то умер;
Солнце: за 53 года до того, как кто-то умер.

Современные возобновляемые источники энергии и ядерная энергия не только безопасны, но и чрезвычайно низкоуглеродны.

До сих пор мы рассматривали только краткосрочные медицинские и социальные последствия этих источников энергии. Но мы также должны принимать во внимание их потенциал для будущих, более долгосрочных последствий в их вкладе в изменение климата.

Хорошая новость заключается в том, что самые безопасные источники-это низкоуглеродистые.

В визуализации я построил график показателей смертности на единицу энергии, которые мы рассматривали ранее (по оси y) в сравнении с выбросами парниковых газов из каждого источника на единицу энергии (по оси x).

Этот показатель выбросов парниковых газов учитывает общий углеродный след на протяжении всего жизненного цикла; показатели для возобновляемых технологий, например, учитывают влияние сырья, транспорта и их строительства. Я принял эти цифры, представленные в пятом оценочном докладе МГЭИК (AR5), и более поздние цифры жизненного цикла, представленные Pehl et al. (2017), которые рассматривают интенсивность выбросов технологий в «совместимых с 2°C» энергетических переходах до 2050.

Размер каждого пузыря отражает его долю в мировом производстве первичной энергии в 2018 году (включая традиционную биомассу в общем объеме).

Здесь мало компромиссов – более безопасные источники энергии также наименее загрязняют окружающую среду. Уголь плохо работает по обоим показателям: он несет серьезные затраты на здравоохранение в виде загрязнения воздуха и выбрасывает большое количество парниковых газов на единицу энергии. Нефть, а затем газ, лучше, чем уголь, но все же намного хуже, чем ядерные и возобновляемые источники энергии по обоим пунктам.

Ядерная, ветряная, гидроэнергетическая и солнечная энергия-все это сгруппировано в нижнем левом углу диаграммы. Все они являются безопасными низкоуглеродистыми вариантами. Но они все еще составляют очень небольшую долю мирового производства энергии – менее 10% первичной энергии – как мы видим из размера пузыря.

Идет ожесточенная дискуссия о том, какие низкоуглеродные энергетические технологии нам следует развивать. И, конечно, есть и другие аспекты, которые следует учитывать, такие как стоимость, сроки строительства и доступность ресурсов для конкретного места. Но на основе здоровья человека, безопасности и углеродного следа ядерные и современные возобновляемые источники энергии являются победителями. В ряде исследований было обнаружено то же самое: переход от ископаемых видов топлива к ядерным или возобновляемым источникам энергии дает большие сопутствующие выгоды для здоровья и безопасности человека.

Ископаемые виды топлива ежегодно убивают миллионы людей и ставят под угрозу еще большее число людей из-за будущих рисков изменения климата. Мы должны отойти от них, используя для этого все имеющиеся у нас возможности.

Источник

Экологически безопасные источники энергии

Основные направления современной энергетики, принципиальные отличия экологически чистых источников и загрязняющих окружающую среду. Характеристика, преимущества и недостатки использование энергии солнца, ветра, воды, биомассы, геотермальной и атомной.

Рубрика	Экология и охрана природы
Вид	эссе
Язык	русский
Дата добавления	08.12.2014
Размер файла	23,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для того чтобы разобраться какие источники энергии являются экологически безопасными, необходимо понять что же включают в себя источники энергии и в чем отличие экологически чистых источников, от обычных загрязняющих окружающую среду.

Выделяют четыре направления энергетики: традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты); гидроэнергетика; атомная энергетика; возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

Получение электричества за счет сжигания ископаемого топлива сопровождается появлением большого количества загрязняющих веществ, в том числе твердых частиц, окислов серы и окислов азота. Тепловое загрязнение влияет на репродуктивные способности организмов, на их способность добывать пищу, сопротивляться болезням и избегать хищников. Повышенные температуры способны изменить структуру водных сообществ в сторону их упрощения. Тепловые электростанции, расположенные вблизи природных теплых вод, наносят, по всей вероятности, наибольший ущерб природе.

Использование невозобновимых энергоресурсов ископаемых топлив создает самые серьезные экономические и экологические проблемы, но все же человек намного меньше использует возобновимые энергоресурсы. Не потому, что они меньше (они намного больше), а потому, что их колоссальная энергия непостоянна, распределена на больших пространствах, мало концентрирована и плохо поддается контролю.

Мировая энергетическая система, основанная на высокоэффективном использовании возобновляемых источников энергии, должна быть не только менее централизованной, но и менее уязвимой при различных экономических потрясениях. По прогнозу к 2020 г. эти источники заменят около 2,5 млрд. т топлива, их доля в производстве электроэнергии и теплоты составит 8%. [2]

В России накоплен определенный опыт в области нетрадиционной энергетики. Уже разработаны проекты и осуществляется строительство геотермальных электростанций, мощность которых составит к 2000 г. 250 мегаватт, а ветроустановок — 200 мегаватт. Многие российские установки не имеют аналогов в мировой практике. В первую очередь, это ветроустановки с повышенным сроком службы, применением специальных зеркал и комплексное оборудование для геотермальных электростанций. Выдвигается проект создания Международного центра по возобновляемым источникам энергии. Основные функции предполагаемого Центра: научные исследования, проектные разработки, содействие распространению передовых технологий.

1. Энергия солнца

Солнце — источник энергии очень большой мощности. 22 дня солнечного сияния по суммарной мощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органического топлива на Земле. Проблема в том, как использовать солнечную энергию в производственных и бытовых целях. На практике солнечная радиация может быть преобразована в электроэнергию непосредственно или косвенно. Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую может быть осуществлено с использованием фотоэффекта. Элементы изготовленные из специального полупроводникового материала, например силикона, при прямом солнечном облучении обнаруживают разность в вольтаже на поверхности, т. е. наличие электрического тока. Преимущество этой системы — в равной эффективности независимо от того, используется ли она в малых элементах — для электроснабжения камеры или в крупных комплексах — для больших зданий. В то же время они дороги, малоэффективны и нуждаются в системе аккумуляторов (обычно батарей) для обеспечения непрерывного энергоснабжения ночью и в пасмурные дни.

Стоимость солнечных батарей быстро уменьшается (в 1970г. 1 кВт-ч электроэнергии, вырабатываемой с их помощью стоил 60 долл., в 1980 г — 1 долл., сейчас — 20-30 центов). Благодаря этому спрос на солнечные батареи растет на 25 % в год, ежегодный объем их продажи превышает (по мощности) 40 МВт. КПД солнечных батарей достигавший в середине 70-х годов в лабораторных условиях 18% составляет в настоящее время 28,5 % для элементов из кристаллического кремния и 35 % — из двухслойных пластин из арсенида галлия и антимода галлия. Разработаны многообещающие элементы из тонкопленочных (толщиной 1-2 мкм) полупроводниковых материалов: хотя их КПД низок (не выше 16 % даже в лабораторных условиях), стоимость очень мала (не более 10% от стоимости современных солнечных батарей).

Энергия солнца, как полагают эксперты, — квинтэссенция энергетики, поскольку фотоэлектрические установки не оказывают воздействия на природную среду, бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде. Их можно монтировать в отдаленных или засушливых районах, мощность таких установок составляет от нескольких ватт (портативные модули для средств связи и измерительных приборов до многих мегаватт (площадь несколько миллионов квадратных метров).

2. Энергия ветра

Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью — в этом их существенное преимущество перед самим солнечным излучением.

Энергия ветра — это косвенная форма солнечной энергии, являющаяся следствием разности температур в атмосфере земли. В 80-е гг. стоимость 1 кВт*ч ветровой энергии была снижена на 70% и теперь составляет 6 — 8 центов, что делает ее конкурентоспособной по отношению к энергии, получаемой на новых тепловых электростанциях, сжигающих уголь. Специалисты уверены, что ветряные турбины скоро будут усовершенствованы и станут эффективными.

Первая в нашей стране ветровая электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. под Курском по проекту инженеров А.Г.Уфимцева и В.П.Ветчинкина. Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС мощностью 100 кВт, которая была по тем временам самой крупной ВЭС в мире. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, в подавляющем большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению ветра. Намного реже применяются устройства с вертикальным валом.

Кинетическая энергия, переносимая потоком ветра в единицу времени через площадь в 1 м2 (удельная мощность потока), пропорциональна кубу скорости ветра. Ветровое колесо, размещенное в свободном потоке воздуха, может в лучшем случае теоретически преобразовать в мощность на его валу 16/27=0,59 (критерий Бетца) мощности потока воздуха, проходящего через площадь сечения, ометаемого ветровым колесом. В действительности КПД ниже и достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м/с может иметь мощность на валу в лучшем случае 85 кВт.

Ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и, генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей. итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности либо малую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит.

Значительные успехи в создании ВЭС были достигнуты за рубежом. Во многих странах Западной Европы построено довольно много установок по 100-200 кВт. Во Франции, Дании и в некоторых других странах были введены в строй ВЭС с номинальными мощностями свыше 1 МВт.

Если рассматривать ветряки с точки зрения экологии и безопасности, то совершенно ясно, что даже к одному работающему ветряку близко подходить не желательно, и притом с любой стороны, так как при изменениях направления ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения же сотен, тысяч и тем более миллионов ветряков потребовались бы обширные площади в сотни тысяч гектаров. Минимальное расстояние между ветряками должно быть не менее их утроенной высоты.

При этом необходимо иметь в виду, что уже ничего другого на этой площади делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают значительный шум, и что особенно плохо — генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого, ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни. Поэтому было выдвинуто предложение о размещении систем ветряков в открытом море.

Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Существуют два основных метода преобразования энергии воды в электроэнергию.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока. Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт).

Самая крупная ГЭС в США — Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт.

Гидроэнергия — один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.

Этот метод имеет преимущества: не загрязняет атмосферу, легко управляется прием поворота механизированного клапана на подаче воды. Однако гидроэнергетика не безвредна для окружающей среды, имеются трудности в широком развитии гидроэлектрических ресурсов. Требуется накопление больших объемов воды, затопление долин и обширных площадей земли, часто ценной для коммерческого использования и для отдыха людей, или ненарушенных заповедных земель, в которых происходят нежелательные экологические изменения.

Существуют приливные электростанции, в которых используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины. Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.

Средняя высота прилива составляет всего лишь 0,5 м, за исключением тех случаев, когда водные массы перемещаются в относительно узких пределах. В таких случаях возникает волна, высота которой может в 10—20 раз превышать нормальную высоту приливного подъема. Возможное воздействие приливных электростанций на окружающую среду будет связано с увеличением амплитуды приливов на океанской стороне плотины. Это может приводить к затоплению суши и сооружений при высоких приливах или во время штормов и к вторжению соленой воды в устья рек и подземные водоносные слои.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия, т.е. теплота недр Земли, уже используется в ряде стран, например в Исландии, России, Италии и Новой Зеландии. Земная кора толщиной 32-35 км значительно тоньше лежащего под ней слоя — мантии, простирающейся примерно на 2900 км к горячему жидкому ядру. Мантия является источником богатых газами огненно-жидких пород (магмы), которые извергаются действующими вулканами. Тепло выделяется в основном вследствие радиоактивного распада веществ в земном ядре. Температура и количество этого тепла столь велики, что оно вызывает плавление пород мантии. Горячие породы могут создавать тепловые «мешки» под поверхностью, в контакте с которыми вода нагревается и даже превращается в пар.

Запасы геотермальной энергии составляют 200 ГВт. Геотермальные ресурсы распределены неравномерно, и основная их часть сосредоточена в районе Тихого океана. Геотермальная энергия может быть использована двумя основными способами: для выработки электроэнергии и для обогрева домов, учреждений и промышленных предприятии. Для какой из этих целей она будет использоваться зависит от формы в которой она поступает в наше распоряжение. Иногда вода вырывается из-под земли в виде чистого «сухого пара» т.е. пара без примеси водяных капелек. Этот сухой пар может быть непосредственно использован для вращения турбины и выработки электроэнергии.

Основным недостатком геотермальной энергии является то, что ее ресурсы локализованы и ограничены, если изыскания не показывают наличия значительных залежей горячей породы или возможности бурения скважин до мантии. Существенного вклада этого ресурса в энергетику можно ожидать только в локальных географических зонах.

Кроме того, применение геотермальных вод не может рассматриваться как экологически чистое потому, что пар часто сопровождается газообразными выбросами, включая сероводород и радон -оба считаются опасными.

5. Энергия биомассы

Многообещающим направлением представляется выращивание растений, идущих в переработку для производства энергии, на маргинальных землях, не задействованных в производстве продуктов питания. Сегодня на дрова и древесный уголь приходится 12% мирового производства энергии. В перспективе использование энергии биомассы увеличится. Уже разработана технология получения этанола из древесины, который будет стоить 2,8 дол. за 1 л и снизит потребность в бензине.

Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.

Если производство биомассы соизмеримо с ее сжиганием, содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Наиболее оптимальный способ использования биомассы — ее газификация с последующим срабатыванием в газовых турбинах. Наиболее перспективными областями применения таких турбогенераторов уже в ближайшем будущем могут стать отрасли экономики, в которых скапливаются большие объемы. При этом число выбросов углекислого газа сократилось бы наполовину.

6. Атомная энергия

Ядерная энергия образуется в результате преобразования массы в энергию в соответствии с законом Эйнштейна: Е = mc2. Большинство существующих ядерных станций получает энергию в результате расщепления изотопа урана — уран-235. Тепло, освобождающееся при расщеплении, используется для выработки водяного пара, направляемого к турбинам, которые вырабатывают электроэнергию в основном таким же образом, как на тепловых электростанциях. Их конкурентоспособность в конкретных ситуациях зависит от стоимости и доступности другого топлива, уровня заменяемости других источников отопления и в возрастающей степени — от приемлемости атомных станций для основной массы населения.

Атомные электростанции (АЭС) точно так же загрязняют окружающую среду, как и электростанции, работающие на ископаемом топливе. Но если выбросы обычных электростанций включают уже привычные нам химические соединения, то выбросы АЭС включают радиоактивные элементы, которые почти полностью являются продуктами реакций деления.

Даже самые строгие критики атомной энергетики не могут не признать, что в легководных ядерных реакторах ядерный взрыв невозможен. Однако существуют другие четыре проблемы: возможность (взрывного или приводящего к утечке) разрушения защитной оболочки реактора, радиоактивные выбросы (низкого уровня) в атмосферу, транспортировка радиоактивных материалов и длительное хранение радиоактивных отходов. Если активную зону реактора оставить без охлаждающей воды, то она быстро расплавится. Это может привести к взрыву пара и выбросу в атмосферу радиоактивных «осколков» ядерного деления. Правда, разработана система аварийного охлаждения активной зоны реактора, которая предотвращает расплавление, заливая активную зону водой в случае аварии в первом контуре реактора.

В целом при нормальных условиях атомные силовые станции не создают значительного загрязнения воздуха. Они способны удовлетворить возрастающие в будущем потребности в энергии, заменяя виды топлива, сильно загрязняющие атмосферу, и сохраняя их как сырье для промышленности, например для производства пластмасс, лекарств и сложных химических соединений или для переработки в топливо для транспортных средств. С другой стороны, возможность случайных выделений радиоактивности все еще вызывает опасения, вследствие чего популярность атомных станций достаточно низка, что тормозит осуществление программы ядерной энергетики как в Европе, так и в Северной Америке. В дополнение к этому запасы урана, так же как угля и Термоядерная энергия.

В современном мире, где потребности в энергии быстро растут и уже начинают превышать потенциал поставок, ученые всего мира пытаются овладеть энергией Солнца и звезд и использовать этот ресурс для удовлетворения растущего спроса.

Термоядерный реактор с условным названием ТОКОМАК («тороидальная камера с магнитными катушками»- от рус., прим. автора ), работает по принципу синтеза, а не распада, и не оставляет после себя ядерных отходов. Чтобы построить его, семь стран объединили усилия; сомневается только Америка. Отчасти потому, что Токомак, пока такая же мечта ученых, как и лекарство от СПИДа.

Европейский союз, Республика Корея, Индия, Китай, Япония, Россия и США создали Организацию ИТЭР для освоения данного средства выработки электроэнергии. Название проекта по-английски звучит как International Thermonuclear Experimental Reactor, сокращенно ITER, что одновременно является латинским словом iter и в переводе означает «путь»(см. рис.№2).

ИТЭР станет первым термоядерным реактором, который будет вырабатывать больше энергии, чем потреблять. Ученые измеряют эту характеристику с помощью простого коэффициента, который они называют «Q». Если ИТЭР позволит достичь всех поставленных научных целей, то он будет производить в 10 раз больше энергии, чем потреблять. Другая научная цель заключается в том, что ИТЭР будет иметь весьма продолжительное время «горения» — импульс увеличенной длительности до одного часа.

В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т) . При этом из двух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу и нейрон.

Дело осложняется тем, что «готового» трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития. Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в ТОКОМАКАХ, будет, по существу, «сжигаться» литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добывать литий сравнительно несложно. Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: «зажигания» реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего «подогрева».

В ИАЭ имени И. В. Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д. В. Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор (ОТР). В ОТР ставится целью самоподдержание реакции на таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной (обозначается Q) было больше или, по крайней мере, равно единице: Q=1. Это условие — серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути создания коммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Q достигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаются затраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. А пока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4.

Программа термоядерного синтеза носит поистине международный, широкий характер. Здесь уже многое запланировано и предопределено. А что дальше — это уже во многом из области фантастики.

энергия экологический солнце вода

Хотя человечество на протяжении всей своей истории сталкивается с ограниченностью природных ресурсов, оно до сих пор не осознало последствий их бесконтрольного использования. Ни на макро-, ни на микроуровнях в экономике не используется показатель природоемкости. В настоящее время экономика мирового хозяйства чрезвычайно природоемка, что и обусловливает техногенный тип развития и истощение природных ресурсов. Что бы в дальнейшем не допустить данной проблемы, я в эссе расписал те виды добывания энергии, которые в будущем должны являться определяющими. Используя, как я её назову, природную энергию, люди научаться не только жить во благо себе, но и уважать и ценить, то из чего мы произошли. Нам природа дала всё, просто нужно этим всем пользоваться и не нужно будет истощать природные ресурсы, которых итак осталось не так уж и много, а научиться преобразовывать энергию экологически чистыми и более чем эффективными способами.

1. Журнал экология и жизнь: [http://www.ecolife.ru/infos/agentstvo-ekoinnovatsijj/20284/]

2. Eco-system’-экологически чистые источники энергии: [http://www.energosystem.spb.ru/energy.php]

3. Зеленая энергия — популярно об экологии, химии и технологиях: [http://b-energy.ru/]

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Анализ возможности применения энергии солнца и ветра как совместно с традиционным источником энергии, так и автономного энергоснабжения совместного использования энергии солнца и ветра. Сравнение по более экономному использованию энергии ветра и солнца.

контрольная работа [474,9 K], добавлен 03.11.2013

Загрязнение экосистемы продуктами переработки топлива. Увеличение глобального спроса на энергию. «Традиционные» виды альтернативной энергии — энергия воды, солнца, ветра, морских волн, приливов и отливов. Характеристика альтернативных источников энергии.

реферат [43,4 K], добавлен 14.04.2011

Вклад теплоэнергетики в загрязнение атмосферы. Использование теплонасосной установки как альтернативного экологически чистого источника энергии в системах теплоснабжения жилых, общественных и производственных зданий. Применение нетрадиционной энергетики.

реферат [57,7 K], добавлен 26.09.2016

Понятие геотермальной энергии как энергии внутренних областей Земли. Перспективы использования геотермальных источников энергии, характеристика их преимуществ. Развитие и совершенствование геотермальных технологий. Экологические фонды: назначение, виды.

реферат [202,7 K], добавлен 15.01.2014

Источники радиоактивного загрязнения. Экологические проблемы тепловой энергетики и гидроэнергетики. Приливные электростанции и их экологическая оценка. История использования энергии ветра. Экологическая оценка использования лучистой энергии Солнца.

реферат [50,8 K], добавлен 02.12.2014

Источник