Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии

   Много нефти и нефтепродуктов потребляет транспорт. Но сейчас возрос интерес  к разработке электромобилей, к использованию газов метана и пропана в двигателях грузовиков и автобусов, и т. д. В дальнейшем эти меры помогут заменить нефть.

   Нефть легко транспортировать. Обычно её транспортируют по нефтепроводам или  морем в нефтеналивных танкерах.

   Нефть - очень ограниченный по запасам  энергоисточник. Трудно сказать, на сколько  еще хватит запасов нефти. Они  могут быть истощены через 50 - 100 лет, если не будут найдены новые залежи. В любом случае, мы срочно должны найти замену нефти. Необходимо найти другие энергоисточники, безопасные для окружающей среды и которых хватит надолго.

Природный газ 

   25% энергии в мире вырабатывается  из природного газа. По добыче  газа Россия устойчиво занимает  первое место в мире.

   Залежи  природного газа обычно находятся вместе с нефтью, хотя существуют чисто газовые месторождения. Природный газ, как нефть и уголь, образовался в земле из останков растений и мелких животных.

   Содержание  энергии в природном газе почти  такое же высокое, как в нефти. Природный газ используется как топливо на электростанциях, как бытовое топливо, как сырье в промышленности, и т. д.

   Газ можно транспортировать к месту  потребления по трубам. Можно снизить  температуру, чтобы газ перешел  в жидкое состояние. Тогда его  можно перевозить в нефтяных танкерах.  

   Кроме того, что запасы этих энергоисточников ограничены, их огромным недостатком  является загрязнение окружающей среды  как в местном, так и во всепланетном масштабе. При этом масса образующихся газообразных или твердых продуктов  сгорания, поступающих в окружающую среду, в несколько раз превышает массу использованного топлива. Например, при сжигании природного газа - в 5 раз, при сжигании угля - в 4 раза.

   Уголь как энергоисточник опасен для окружающей среды. При сжигании угля образуются ядовитые газы, такие, как угарный газ (окись углерода), сернистый газ (двуокись серы) и газы, влияющие на климат, на пример, углекислый газ. Выбросы этих газов сильно увеличились со времен промышленной революции. Никакой другой тип невозобновляемого энергоисточника не выбрасывает так много углекислого газа, как уголь. Загрязнение производят также угольная пыль и сажа.

   И добыча, и транспортировка, и переработка  нефти сопряжена с вредными воздействиями  на окружающую среду. Часто происходят разливы нефти в результате ее утечки из скважин или при транспортировке. Время от времени мы видим, какой вред наносят природе аварии нефтяных танкеров. Разливы нефти близко от берегов особенно вредны для морских птиц, икры и мальков рыб, обитающих около поверхности в прибрежных водах. Более крупная рыба находится в глубинных водах, куда нефть обычно не проникает. На прибрежных пространствах, которые открыты ветру, течениям и волнам, проходит 4 - 5 лет до того, как исчезнут все последствия разлива нефти. В более защищенных от ветра и волн водах этот процесс может занять 10 - 15 лет.

   На  поверхности воды нефть создает  тончайшую масляную пленку. У морских  животных, птиц, на тела которых попала такая пленка, нарушается терморегуляция, животные могут ослепнуть при  попадании нефти в глаза и  погибнуть.

   При сжигании нефтепродуктов в атмосферу  выбрасывается большое количество углекислого газа. При переработке  нефти в окружающую среду выделяются угарный газ, соединения свинца, оксиды азота и серы, вызывая болезни  растений, животных, человека.

   Таким образом, использование нефти причиняет большой ущерб окружающей среде - океанам, атмосфере и живым организмам. Поэтому следует использовать её только там, где она незаменима. Для производства тепла мы можем использовать другие источники, кроме нефти, - здесь она вполне заменима.

   Природный газ является самой чистой формой невозобновляемой энергии: в нем  очень низкое содержание ядовитых веществ, и он может сгорать очень быстро, поэтому он прост в использовании. Тем не менее, проблемы выбросов углекислого газа при использовании природного газа остаются. [4] 

4. Основные  проблемы перехода на возобновляемые источники  энергии и методы их устранения.

 

     Основным  преимуществом возобновляемых источников является их экологическая чистота  и неограниченность. Энергия солнца, ветра, геотермальная, приливная неограниченны, в отличии от запасов нефти и газа. Поэтому рано или поздно система энергоснабжения всех стран будет вынуждена переходить на возобновляемые источники. Но современная, уже сложившаяся система экономических отношений и энергосистема, а так же стоимость мощных установок, использующих альтернативные источники энергии, делает этот переход очень дорогим. К тому же генераторы, использующие определенные виды возобновляемой энергии (ветра, приливные, геотермальные) привязаны к определенным территориям, что сильно затрудняет их повсеместное использование. Еще очень важным является то, что электростанции, использующие альтернативные источники энергии, обладают сравнительно малой мощностью и не могут обеспечивать потребности промышленности, потребляющей большую часть производимой электорэнергии. Вложения в них окупаются далеко не сразу, поэтому без государственных программ массовое внедрение альтернативных источников энергии в нашей стране практически невозможно.[3]

     1) Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объектами, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзя назвать полностью обоснованным. В лучшем случае к экологически чистой можно отнести конечную стадию – стадию эксплуатации СЭС, и то относительно.

     Солнечные станции являются достаточно землеемкими. Удельная зем-леемкость СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га/кВт с наиболее вероятными значениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чем для  ТЭС и АЭС. При этом надо учесть, что солнечные станции весьма мате-риалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях землеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеемкость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.

     Солнечные концентраторы вызывают большие  по площади затенения земель, что  приводит к сильным изменениям почвенных  условий, растительности и т. д. Нежелательное  экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.

     2) Ветроэнергетические  станции

     Под мощные промышленные ВЭС необходима площадь из расчета от 5 до 15 МВт/км2 в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь от 70 до 200 км2. Выделение таких площадей в промышленных регионах сопряжено с большими трудностями, хотя частично эти земли могут использоваться и под хозяйственные нужды. Например, в Калифорнии в 50 км от г. Сан-Франциско на перевале Алтамонт-Пасс земля, отведенная под парк мощной ВЭС, одновременно служит для сельскохозяйственных целей.

     Наиболее  важный фактор влияния ВЭС на окружающую среду – это акустическое воздействие. Шумовые эффекты от ВЭУ имеют разную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия. Последние, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 Гц до нескольких кГц). Они вызваны вращением рабочего колеса и определяются следующими явлениями: образованием разряжения за ротором или ветроколесом с устремлением потоков воздуха в некую точку схода турбулентных потоков; пульсациями подъемной силы на профиле лопасти; взаимодействием турбулентного пограничного слоя с задней кромкой лопасти.

     Методы  устранения негативного влияния  ВЭУ на окружающую среду:

     I. Изъятие земельных ресурсов, изменение  свойств почвенного слоя

     Размещение  ВЭУ на неиспользуемых землях

     Оптимизация размещения – минимизация расхода  земли

     Целенаправленный  учет изменений свойств почвенного слоя

     Компенсационные расчеты с землепользователями

     II. Акустическое воздействие (шумовые  эффекты)

     Изменение числа оборотов ветроколеса (ВК)

     Изменение форм лопасти ВК

     Удаление  ВЭУ от объектов социальной инфраструктуры

     Замена  материалов лопастей ВК 

     III. Влияние на ландшафт и его  восприятие

     Учет  особенностей ландшафта при размещении ВЭУ

     Рекреационное использование ВЭУ

     Изыскание различных форм опорных конструкций, окраски и т.д.

     IV. Электромагнитное излучение, телевидение  и радиосвязь

     Сооружение  ретрансляторов

     Замена  материалов лопастей ВК

     Внедрение специальной аппаратуры в конструкцию  ВЭУ

     Удаление  от коммуникаций

     V. Влияние на орнитофауну на  перелетных трассах и морскую фауну при размещении ВЭС на акваториях

     Анализ  поражаемости птиц на трассах перелета и рыб на путях миграции

     Расчет  вероятности поражения птиц и  рыб

     VI. Аварийные ситуации, опасность поломки  и отлета поврежденных частей  ВК

     Расчет  вероятности поломок ветроколеса, траектории и дальности отлета

     Оценка  надежности безаварийной работы ВЭУ

     Зонирование производства вокруг ВЭУ

     VII. Факторы, улучшающие экологическую  ситуацию

     Уменьшение  силы ветра

     Снижение  ветровой эрозии почв

     Уменьшение  ветров с акваторий водоемов и водохранилищ

     Проблема  использования территории упрощается при размещении ВЭС на акваториях. Например, предложения по созданию мощных ВЭС на мелководных акваториях Финского залива и Ладожского озера  не связаны с изъятием больших  территорий из хозяйственного, пользования. Из отводимой площади акватории для ВЭС непосредственно под сооружения для ВЭУ понадобится лишь около 2 %. В Дании дамба, на которой установлен парк ВЭУ, одновременно является пирсом для рыболовных судов. Использование территории, занятой ветровым парком, под другие цели зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. У больших ВЭУ лопасть при отрыве может быть отброшена на 400–800 м.

     Удаление  ВЭС от населенных пунктов и мест отдыха решает проблему шумового эффекта для людей. Однако шум может повлиять на фауну, в том числе на морскую фауну в районе экваториальных ВЭС. По зарубежным данным, вероятность поражения птиц ветровыми турбинами оценивается в 10%, если пути миграции проходят через ветровой парк. Размещение ветровых парков повлияет на пути миграции птиц и рыб для экваториальных ВЭС.

     3) Последствия использования  энергии океана

     При преобразовании любых видов океанической энергии неминуемы определенные изменения естественного состояния  затрагиваемых экосистем.

     К отрицательным последствиям работы установок, использующих термальную энергию  океана, можно отнести возможные  утечки в океан аммиака, пропана  или фреона, а также веществ, применяемых  для промывки теплообменников (хлор и др.). Возможно значительное выделение углекислого газа из поднимаемых на поверхность холодных глубинных вод из-за снижения в них парциального давления СО2 и повышения температуры, Выделение СО2 из воды при работе океанических ТЭС предположительно на 30% больше, чем при работе обычных ТЭС той же мощности, использующих органическое топливо. Охлаждение вод океана вызывает увеличение содержания питательных веществ в поверхностном слое и значительный рост фитопланктона. При подъеме к поверхности глубинные микроорганизмы будут загрязнять океан и придется применять специальные меры для его очистки.

     Строительство ПЭС сказывается неблагоприятно на состоянии прибрежных земель, самого побережья и аквальной вдольбереговой полосы: изменяются условия подтопления, засоления, размыва берегов, формирование пляжей и т. д. Изменение движения грунтовых вод влияет на динамику засоления прибрежных земель.