Экологически безопасные источники получения электроэнергии


Экология, 11 класс

Урок 12. «Традиционная и альтернативная энергетика. Экологически безопасные источники получения электроэнергии»

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Вы узнаете:

  • о традиционных и альтернативных способах получения электроэнергии и их влиянии на окружающую среду;
  • принципы рационального использования энергоресурсов.

Научитесь:

  • классифицировать способы получения электроэнергии;
  • описывать традиционные способы получения электроэнергии, анализировать их преимущества и недостатки;
  • характеризовать альтернативные способы получения электроэнергии.

Сможете:

  • оценивать экологические риски получения электроэнергии традиционными способами;
  • оценивать зависимость между природными ресурсами и традиционными способами получения электроэнергии;
  • анализировать последствия нерационального использования энергоресурсов.

Глоссарий по теме:

Источники энергии – вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию.

Энергия – физическая величина, которая определяет способность тела (или системы тел) совершить работу. Чем большей энергией обладает тело, тем бóльшую работу оно может совершить.

Альтернативная энергетика – совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

Тепловые двигатели – устройства, способные превращать внутреннюю энергию топлива в механическую.

Теплоэлектростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) – сложная система, включающая в себя совокупность производств, процессов, материальных устройств по добыче топливно-энергетических ресурсов их преобразованию, транспортировке, распределению и потреблению как первичных, так и преобразованных видов энергоносителей.

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) – разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).


ГРЭС – государственные районные электростанции, обеспечивающие потребности экономического района и работающие в энергосистемах.

Гидроэлектростанция (ГЭС) – электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях.

Атомная электростанция (АЭС) – ядерная установка, для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используется ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений.

Единая энергетическая система (ЕЭС) – совокупность производственных и иных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом производства и передачи электрической энергии в условиях централизованного оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике России.

Основная и дополнительная литература (точные библиографические данные с указанием страниц):

Основная.

  1. Экология. 10–11 классы: учеб. пособие для общеобразоват. организаций: базовый уровень / М. В. Аргунова, Д. В. Моргун, Т. А. Плюснина. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2018. – 143 с.

Дополнительная.

  1. Экология. 10–11 классы: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Н. М., Чернова, В. М. Галушин, В. М.: Константинов; под род. Н. М. Черновой. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2016. – 302 с.
  2. Ларина О. В. Удивительная экология / О. В. Ларина. – Москва: ЭНАС-КНИГА, 2014. – 256 с. – (О чём умолчали учебники).
  3. Экологический словарь в 2-х томах / Данилов-Данильян В. И. – М.: Энциклопедия, 2018.

Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии):

  1. Федеральная служба государственной статистики РФ. Сайт: http://www.gks.ru/
  2. Министерство природных ресурсов и экологии России. Сайт: http://www.mnr.gov.ru/theme/ekologiya/
  3. Министерство энергетики. Энергоэффективность. Сайт: https://minenergo.gov.ru/node/5195
  4. Государственная информационная система в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Сайт: https://gisee.ru

Теоретический материал для самостоятельного изучения:

Интересные факты. Дом на солнечных батареях

В 1980 г. во Франции введена в эксплуатацию система теплоснабжения жилого дома, основанная на комбинированном использовании плоских приёмников солнечного излучения, теплонасосных установок и расположенного в грунте тёплового аккумулятора. На крыше дома были установлены 60 коллекторов солнечной энергии суммарной площадью 90 м2, под домом размещены пластмассовые трубки, через которые осуществлялся теплообмен с грунтом в режимах накопления и потребления энергии. При использовании системы для отопления дома объёмом 418 м3 и площадью 170 м2 была получена годовая экономия энергии в 65 % по сравнению с системой электрического отопления.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий):

1. Текст задания: Расставьте подписи к изображениям.


Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Ветровая энергетика

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Солнечная энергетика

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Геотермальная энергетика

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Биоэнергетика

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Приливная электростанция

2. Тип задания: Соберите изображение из частей.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Источник: resh.edu.ru

1. Солнце и ветер




Walmart и Microsoft вкладывают большие инвестиции в возобновляемую и чистую энергию, такую как ветровая и солнечная энергия. Не зависящая от ископаемого топлива и колебания цен энергия поможет компаниям иметь весомые преимущества в будущем.

2. Уголь под запретом



Европейский союз, за исключением Польши и Греции, заявил, что к 2020 году его члены больше не будут производить угольные электростанции. Это было довольно неожиданное заявление и ярко выраженный призыв к использованию чистых источников энергии.

3. Ветряки



Стандартная ветряная турбина может обеспечивать электричеством до 300 домов. Но недавно немецкая компания построила турбину, которая может обеспечить до 4 000 домов.

4. Солнечная энергия



Технологические достижения в области солнечной энергии становятся все более эффективными и экономически выгодными, не говоря уже о том, что они не загрязняют окружающую среду. Поэтому солнечная энергия, вероятно, станет основным источником чистой энергии в будущем.

5. Ядерная энергия уходит в прошлое



По данным природоохранной группы WWF, чистая энергия может удовлетворить 95% мировых энергетических потребностей к 2050 году. Также по мере роста популярности чистой энергии начало снижаться использование ядерной энергии из-за роста затрат и проблем безопасности. С 2006 по 2014 год выработка ядерной энергии сократилась на 14%.

6. Солнце как источник энергии




Всем известно, что Солнце вырабатывает огромное количество энергии. Если бы человечество смогло воспользоваться всей ее мощью, то всего за один час можно было бы обеспечить потребности всего мира в энергии на целый год.

7. Возобновляемые источники энергии



Чистая энергия отлично подходит для создания рабочих мест. Согласно докладу Фонда защиты окружающей среды, возобновляемые источники энергии превосходят остальные отрасли экономики США в создании рабочих мест на 12%.

8. Вода как главный ресурс планеты



Сегодня сохранение воды важнее, чем когда-либо. К счастью, чистая энергия, такая как ветровая и солнечная энергия, потребляет очень мало воды. Для производства солнечной энергии, достаточной для питания 1000 домов, нужно 100 литров воды, ветряной энергии — ноль, а энергии с ископаемого топлива — 2 600 литров воды.

9. Чистая энергия



Чистая энергия помогает устранить зависимость от ископаемого топлива, создавая экономическую стабильность. При этом удается избегать излишне высоких цен на нефть.

10. Ураганы и не только




Сегодня иногда создается впечатление, что природа мстит человечеству. Ураганы и другие разрушительные природные явления стали намного более частыми и суровыми. Чистые источники энергии является более стабильными, чем уголь, поскольку они равномерно распределены по всему миру, а устройства для ее выработки намного менее подвержены стихии.

11. Электрокары как будущее автопрома



Электрические автомобили имеют ряд преимуществ. Помимо того, что они помогают сохранять воздух более чистым, электромобили меньше зависят от ископаемых видов топлива — их можно заряжать не только на специализированных станциях, но и дома.

12. Бесконечная энергия



Все знают, что ископаемое топливо невозобновляемо, что неизбежно сделает его более дорогим. Чистая энергия ветра и солнца бесконечна, поэтому ее стоимость будет стабильной, а также не придется беспокоиться о нехватке энергии.

13. Самая большая в мире электростанция



Самая большая солнечная электростанция находится в пустыне Мохаве и принадлежит NRG Solar, Google и BrightStar Energy. Ее панели раскинулись более чем на 3500 гектаров земли.

14. Гидроэнергетика



Гидроэнергетика также является хорошим источником чистой энергии. Только в США благодаря выработке гидроэнергии каждый год в атмосферу выбрасывается меньше на 160 миллионов тонн углерода.

15. Переработка биогаза




Чистая энергия вовсе не должна быть ветровой и солнечной. Siemens начал строить первый завод по переработке биогаза. Это позволит очищать сточные воды, а также вырабатывать электричество.

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Источник: novate.ru



В статье рассмотрено влияния возобновляемых источников энергии на окружающею среду. Даны экологические параметры работы и эмиссия различных электростанций по циклу производства электроэнергии, штрафной экологический балл для различных видов источников электроэнергии.

Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной экологический балл.

Увеличение население мира приводит к увеличению потребления различных видов энергии от традиционных до возобновляемых.

Возобновляемые источники энергии всё шире применяются в энергетике и поэтому всё пристальнее внимание к аспекту их взаимодействия с окружающей средой.

По сравнению с другими видами возобновляемые источники энергии (ВИЭ) являются одним из наиболее безопасных в экологическом отношении.

Несмотря на то, что возобновляемые источники использовались еще в прошлом, но вопросу экологической безопасности их применения, тогда уделялось мало внимания, т. к. считалось, что они являются экологически чистыми.


Основной целью данной статьи является изучения экологических аспектов применения возобновляемых источников энергии на окружающею среду.

Солнечная энергия

Солнце в целом является одним из наиболее чистых в экологическом отношении видов энергии. Однако известно, что потенциальный вред от солнечной энергетики на окружающею среду может наблюдаться при производстве и захоронений (или утилизации) отходов. Источником загрязнения окружающей среды является заводы производящие полупроводниковые материалы солнечных элементов, а не солнечная энергия, которая является «чистой». Кроме того, в то время как использование солнечной энергии не загрязняет среду, то изготовление определенных типов солнечных устройств вполне может.

Серьёзных претензий к солнечным водонагревательным и отопительным установкам у экологов нет, к тому же они маломасштабные. Могут быть проблемы при вытекании антифризов из 2-х, 3-х контурных систем. Касательно солнечных электростанций (СЭС), солнечных электроцентралей (СЭЦ) и солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС), то условно экологически чистой можно назвать лишь их эксплуатацию.

Кремний является стабильным материалом и по существу не представляет опасности для окружающей среды. В производстве кремниевых солнечных элементов вредные вещества выделяются также как и в электронной промышленности, в целом и в этих случаях мониторинг и контроль, как на заводах, так и в окружающей среде осуществляется постоянно [1].


При производстве солнечных элементов на основе диселенида меди и индия, а также теллурида кадмия потенциальный вред может иметь место из-за использования селенида и кадмия. В таблице 1 приведены данные по эмиссии различных вредных веществ и соединений при производстве, солнечных элементов и модулей.

Наиболее перспективным направлением использования солнечной энергии является ее использование в солнечных системах теплоснабжения.

Таблица 1

Эмиссия вредных веществ при производстве ииспользовании солнечных элементов имодулей*

Материал

Эмиссия при производстве

Эмиссия при использовании

Захоронение

(утилизация)

Кремний

Кремниевая пыль,

Силаны,

Диборан,

Фосфин,

Растворители,

Диселенид меди

Селенид водорода, Окись кадмия,

Селен,

Растворители

Кадмий,

Селен

(в огне)

Кадмий,

Селен

(если не утилизируется)

Теллурид кадмия

Окись кадмия, Кадмиевая пыль,

Теллур,

Растворители

Кадмий,

Теллур

(если не утилизируется)

*Источник: Ахмедов Х. М., Каримов Х. С. Солнечная электроэлектричество. Душанбе, Дониш, 2007, с.145.

Энергия ветра

При использовании ветроэлектрических установок (ВЭУ) вредных выбросов в атмосферу не происходит, однако реально работающие ВЭУ позволили обнаружить ряд отрицательных явлений:

‒ Вред, наносимый птицам и животным;

‒ Создание механического и аэродинамического шумов и мощных инфразвуковых колебаний;

‒ Помехи для воздушного сообщения и для радио- и телевещания.

При близком расположении к населенным пунктам у людей возникает болезни сердца, звон в ушах, головокружение, мигрень. Создаваемый ветротурбинами инфразвук вызывает вибрацию костей.

В таблице 2 для сравнения приведены уровни шумов от различных источников.

Таблица 2

Сравнительная оценка шума от различных источников*

Вид деятельности

Уровень звукового давления, дБа

Реактивный самолет на расстоянии 250 м

105

Шум в оживленном офисе

60

Автомобиль, движущийся со скоростью 64 км/ч (расстояние 100 м)

55

Ветровая электростанция (10 турбин) (расстояние 350 м)

35–45

Тихая спальня

35

Болевой порог человеческого слуха

120

*Источник: Успехи в химии и химической технологии. Т. XXV, 2011, № 11, с.31.

По оценкам годовая смертность птиц от столкновения с ВЭС равна 0,0285 млн. особей [2].

Энергия биомассы

Производство электроэнергии из биомассы считается наиболее экологически безопасной отраслью энергетики, так как она способствует снижению загрязнения окружающей среды всевозможными отходами (животноводческими, бытовыми, лесной и деревообрабатывающей промышленности и т. д.).

Вместе с тем при ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол возникает значительное количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), существенно загрязняющих окружающую среду [3]. Например, при производстве одного литра этанола образуется 13 литров жидких отходов [4]. Кроме того, происходит тепловое загрязнение, обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв [5].

Использование в качестве топлива для автомобилей биоэтанола повлечет за собой рост объемов выбрасываемого в атмосферу углекислого газа, а также приведет к увеличению площадей вырубаемого леса.

С ростом потребности стран в биотопливе вырастет и площадь полей, используемых для посева кукурузы и тростника, что приведет к вырубке леса. Уменьшающиеся лесные массивы, в свою очередь, будут перерабатывать в кислород меньшие объемы углекислого газа.

Переход предприятия на биогаз связан с некоторыми аспектами, положительно влияющими на экологию:

‒ Переработка биомассы в биогаз — экологичный способ переработки органических отходов;

‒ Получение биогаза и использование его вместо природного газа избавляет от необходимости использовать дорогостоящий невозобновляемый ресурс;

‒ Переработка органических отходов даёт (в зависимости от характера перерабатываемого сырья) кормовые добавки или эффективные биоудобрения;

‒ Антропогенная нагрузка на экосистемы снижается;

‒ Предприятие эффективно использует возобновляемые ресурсы.

Гидроэнергия

Гидроэлектростанции (ГЭС) используют возобновляемую энергию падающего потока воды, которая потом преобразуется в электрическую.

Основные экологические проблемы ГЭС связаны с созданием водохранилищ и затоплением значительных площадей плодородных земель.

В результате повышения уровня воды происходит подтопление прилегающих к водохранилищам территорий, заболачивание, дополнительное выведение из сельскохозяйственного оборота земель. Особенно эти проблемы характерны для равнинных рек.

В горных районах воздействия на окружающую среду ГЭС значительно меньше, где водохранилища обычно занимают небольшие территории. В некоторых странах с горным рельефом значительную часть энергии получают за счет гидроэнергетики (в Таджикистане ГЭС обеспечивают более 90 % электроэнергии).

Безопасность гидротехнических сооружений определяется не только наведенной сейсмичностью, но и просчетами в проектировании, а также воздействием стихии [6].

Геотермальная энергия

Основное негативное воздействие на окружающею среду геотермальные установки оказывают в период разработки месторождения, строительства водопроводов и зданий, но оно обычно ограничено ареалом месторождения. Одно из неблагоприятных проявлений- загрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин.

Экологические и социальные последствия, связанные с геотермальной энергией, как правило, зависят от конкретного места и конкретной технологии. По большей части их можно устранить или смягчить и минимизировать негативные экологические воздействия.

Серьезной проблемой может стать необходимость отчуждения больших земельных площадей. К примеру, в Долине гейзеров (США) дебит каждой скважины обеспечивает в среднем 7 МВт полезной мощности. Для работы станции мощностью 1000 МВт требуется 150 скважин, которые занимают территорию более 19 км.

Потенциальными последствиями геотермальных разработок являются оседание почвы и сейсмические эффекты, происходит снижение дебитов термальных источников и гейзеров. Так, при эксплуатации месторождения Вайрокей (США) с 1954 по 1970 гг. поверхность земли просела почти на 4 м, а площадь зоны, на которой произошло оседание грунта, составила около 70 км2, продолжая ежегодно увеличиваться [7].

Высокая сейсмическая активность является одним из признаков близости геотермальных месторождений, и он используется в поисках ресурсов.

На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем токсичных газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ТЭС, и они имеют другой химический состав. В водяном паре, добываемом из геотермальных скважин часто, содержатся газовые примеси, состоящие на 80 % из двуокиси углерода и содержащие небольшие доли метана, водорода, азота, аммиака и сероводорода. Как видно, СО2 является основным парниковым газом при выбросах из геотермальных источников. Прямые выбросы СО2, при этом лежат в пределах от 4 до 740 грамм на 1 кВт-ч произведенной энергии в зависимости от технологии, применяемой при разработке геотермы и физико- химических характеристик термальной жидкости, находящейся в подземном резервуаре.

Потребность ГеоТЭС в охлаждающей воде (на 1 кВт-ч электроэнергии) в 4–5 раз выше, чем ТЭС, из-за более низкого КПД. В ранних проектах отработанная геотермальная вода сбрасывалась в ближайший водоём и, если она содержала различные соли, в том числе и тяжелых металлов, происходило, кроме теплового и химическое загрязнение водоёмов. Проблема снята обратной закачкой отработанной воды в пласт. Современные проекты геотермальных установок в обязательном порядке содержат обратную закачку. Однако применение технологии с гидроразрывом пласта зачастую приводит к порче подземных вод, просадкам грунта и может спровоцировать землетрясения.

Кроме рассмотренных воздействий геотермальной энергетики, возможны другие негативные проявления:

‒ изменение уровня грунтовых вод, заболачивание;

‒ выброс отравленных вод и конденсата, загрязненных в небольших количествах аммиаком, ртутью, кремнеземом;

‒ загрязнение подземных вод и водоносных слоев, засоление почв;

‒ выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.

Таблица 3

Экологические параметры работы электростанций*

Вид

электростанции

Объем выбросов ватмосферу, м3/МВт-Ч

Расход

свежей

воды,

м3/МВт-Ч

Сброс

сточных

вод,

м3/МВт-Ч

Объем

твердых

отходов,

кг/МВт-Ч

Изъятие

земель,

га/МВт-Ч

Затраты на охрану природы,% общих затрат

Солнечная

0,02

2–3

Ветровая

0,01

1–10

1

Геотермальная

1

0,2

1

Энергия биомассы

2–10

20

0,2

0,2

0,2–0,3

ТЭС

уголь

20–35

40–60

0,5

200–500

1,5

30

газ

2–15

2–5

0,2

0,2

0,5–0,8

10

ГЭС

100

2

АЭС

70–90

0,2

0,2

2,0

50

* Источник: Экологическая характеристика работы солнечных и ветровых электростанций. Бекиров Э., Фурсенко Н. Motrol, 2013, vol 15, № 5, p. 147.

В таблице 3 показаны данные экологических параметров производства электроэнергии различными методами, а в таблице 4 приведены данные эмиссии различных электростанции по полному циклу производства электроэнергии.

Таблица 4

Эмиссия различных электростанции по полному циклу производства электроэнергии (г/кВт *ч) [6]

Электростанции

Выбросы

СO2

SO2

NOx

Большие ГЭС

9

0.03

0,07

Малые ГЭС

3,6–11.6

0,009–0.024

0,003–0.006

Солнечные фотоэлектростанции

98–167

0,20–0,34

0.18–0,30

Солнечные тепловые станции

26–38

0.13–0,27

0,06–0,13

Ветро электростанции

14,9

0.02–0,09

0,02–0,06

Геотермальные станции

79

0,02

0,28

Электростанции на угле

1026

1,2

1.8

Электростанции на природном газе (комбинированный цикл)

402

0,2

0.3

Таблица 5

Штрафной экологический балл для различных видов используемого источника электроэнергии*

Топливо

Штрафной экологический балл

Бурый уголь

1735

Нефть

1398

Каменный уголь

1356

Ядерное топливо

672

Солнечные фотоэлектрические элементы

461

Природный газ

267

Ветер

65

Малые ГЭС

5

*Источник: Виссарионов В. И., Дерюгина Г. В., Кузнецова В. А., Малинин Н. К., солнечная энергетика: учеб. пособие для вузов / под ред. В. И. Виссарионова. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 320 с.

Для учета отрицательного влияния различных типов энергоустановок на окружающею среду в настоящее время предложено несколько различных методик предусматривающий штрафной экологический балл [8]. В таблице 7 приведен штрафной экологический балл для различных видов используемого источника электроэнергии. Эти баллы рассчитаны с учетом фактором воздействия на природу. От количества баллов, полученных каждым из способов производства энергии, зависит его воздействие на окружающую среду. Чем больше баллов, тем более вредное его воздействие на природу.

Выводы

Каждый из рассматриваемых в статье видов энергии по-своему влияет на экологию окружающей среды и людей. Воздействие на экологию различных видов энергии зависит от того на каком этапе своего существования они находятся: производство, эксплуатация или утилизация. Таким образом, экологические характеристики различных видов энергии, описанные в статье, проявляются в размещении электростанций, захоронении отходов, загрязнении атмосферы и литосферы продуктами сгорания. Образование электрических, магнитных и электромагнитных полей, затрудняющих связь и создающих угрозу для человека и биосферы. Радиоактивные и химические загрязнения, воздействия на климат, флору и фауну, возникновение землетрясений при создании гидроэлектростанций.

Сравнивая экологические показатели различных видов энергии можно сделать вывод, наименьший ущерб на экологию при получении энергии происходит при использовании возобновляемых источников. Возобновляемые источники энергии имеют наименьший штрафной экологический балл по сравнению с традиционными источниками энергии. Из возобновляемых источников энергии минимальный уровень загрязнения приходит на малые-ГЭС, а максимальный уровень загрязнения — для солнечных энергоустановок.

Литература:

  1. Ахмедов Х. М., Каримов Х. С. Солнечная электроэнергетика. Душанбе, Дониш, 2007, с. 179.
  2. Wind Energy Factsheets. European Wind Energy Association, 2010.
  3. Говорушко С. М. Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду. Владивосток: Дальнаука, 1999, с. 172.
  4. Pimentel D. Ethanol fuels: Energy, economics and environmental impacts // International Sugar Journal. 2001. Vol. 103. P. 491–494.
  5. Агеев В. А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. МРСУ, 2004, с.174.
  6. Сравнительная оценка экологического влияния разных систем энергоснабжения. Б. Д. Бабаев, В. В. Волшаник. Электроэнергетика. 2014, № 4, с.31.
  7. Малоземов В. Н., Эстриным И. А., Е. А. Малоземова Е. А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учеб.-метод. пособие. Ростов-на-Дону. Ростовский Государственный Университет Путей Сообщения, — 2011, с. 53.
  8. Васильев Ю. С., Хрисанов Н. И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. — Л. Изд-во Ленинградского ун-та., 1991, с. 343.

Источник: moluch.ru

После аварии на атомной электростанции "Фукусима", несколько стран заявили об отказе от ядерной энергетики. В их числе Германия , Италия и Швейцария. Мотивы, вполне понятны. Про Чернобыльскую трагедию вспоминают до сих пор. В Японии, не знают, что делать с радиоактивной водой и, скорее всего, потихоньку, сливают её в мировой океан. Последствия заражения местности, будут сказываться ещё не один десяток ( а то и сотен ) лет.

Чем же заменят заветные киловатты лидеры европейской экономики? Упор на возобновляемые источники энергии слишком наивен. Ветряки и солнечные батареи, возможно и помогут частному хозяйству, отчасти перебиться, в отсутствии надежных генераторов электроэнергии, а вот такие гиганты, как Сименс или Бош, на что рассчитывают?

Повсеместная мода на электромобили, как экологически чистые, полный абсурд и лицемерие. Закон о сохранении энергии никто не отменял. Электричество, используемое в качестве топлива, получается путем сжигания на тепло-электро-станциях природных ресурсов, таких как уголь, газ . нефтепродукты, а экологически чистые гидроэлектростанции, наносят непоправимый вред природе, за счет перекрытия рек и затопления гигантских территорий. Впрочем, в Европе и нет таких возможностей. Зарядка электромобиля от дизельного генератора — это нормально.

Илон Маск, со своими великолепными Теслами, далеко, за океаном, где от атомной энергии никто и не думал отказываться. И там, никому в голову не придет, сжигать бурый уголь, чтобы зарядить электрокар.

Единственная страна в Евросоюзе, которая смотрит на ситуацию реально, это Франция. Здесь строятся новые АЭС и активно развивают технологии атомной энергетики.

А что в России ? Казалось бы, с такими великими Сибирскими реками, и проблем не должно быть. Да , в Советском Союзе строили величайшие в мире гидроэлектростанции. Никаких выбросов в атмосферу, полная экологичность. Только в результате, огромные территории, превращались в "Атлантиду", затопленное пространство, искусственное, ни кому не нужное море.

В какой-то момент, произошло переосмысление дальнейших перспектив энергообеспечения страны. После "Чернобыля", были сделаны выводы. То , что произошло в Японии, в Фукусиме, невозможно на российских реакторах. На сегодняшний день, "Энергоатом" — ведущий производитель оборудования для атомных АЭС.

Самый главный вопрос. Насколько экологична ядерная электростанция, в сравнении с тепловыми, которые являются основными источниками энергии, в той же Германии.

Пар и вода — основные отходы АЭС. В качестве источника энергии, используются ТВЭЛ с искусственно обогащенным ураном. В результате работы реактора, получается электричество.

Отходы АЭС — это тепловыделяющие элементы, содержащие такие компоненты, период распада которых составляет миллионы лет. Радиоактивные отходы хранятся в специальных хранилищах. А как обеспечить надежность хранения в течение такого срока ?

В Российском "Энергоатоме", есть технологии сжигания отходов, после чего, часть отходов можно использовать снова, а период распада другой части, уменьшается до вполне реальных сроков. Это делает атомную энергетику одной из самых "чистых" и перспективных. А страны, которые от неё отказались, уже в ближайшем будущем об этом пожалеют.

Читайте также:

Гибкий телевизор

Капсула для самоубийц

Скоро человек сможет видеть в темноте

Дни американской GPS сочтены

Ваш смартфон будет взломан за три секунды

Источник: zen.yandex.com

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу. 

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Такой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства. 

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

Экологически безопасные источники получения электроэнергии

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Источник: recyclemag.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.