Основы рационального использования природных ресурсов в условиях научно-технического прогресса

| Категория реферата: Рефераты по экологии
| Теги реферата: ответ 2, сочинение по картине
| Добавил(а) на сайт: Москвин.

Учитывая недостаточную надежность работы АЭС и большую загрязненность окружающей среды от применения угля, в современных условиях общество обязано изыскать возможность применения в перспективе вышеназванных
"мягких" источников энергии, не приводящих к загрязнению окружающей среды: геотермальной и гелиотермальной энергии , использования энергии приливов и ветра , которые можно эффективно применять благодаря современным достижениям техники.

Источникам геотермальной энергии служат радиоактивные процессы, химические реакции и другие явления в земной коре. Температура на глубинах
2-3 тыс.м превышает 100 5о 0С. Циркулирующие на таких глубинах воды нагреваются до значительных температур и могут быть выведены на поверхность по буровым скважинам. В районах вулканической деятельности глубинные воды, нагреваясь, поднимаются по трещинам в земной коре. В таких районах термальные воды имеют наиболее высокую температуру; они нередко расположены ближе к поверхности. Иногда они выделяются на поверхность в виде перегретого пара. Термальные воды с температурами до 100 5о 0С выходят на поверхность во многих районах России. Значительные запасы таких вод имеются в Западной Сибири, на Северном Кавказе и в
Закавказье, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Еще далеко не полностью изучены все возможности получения термальных вод. Так, если учесть воды, залегающие на глубине более 3 тыс.м, а также воды с повышенной минерализацией, то их запасы можно было бы существенно увеличить. Известны ресурсы высокотемпературного пара и пароводяных смесей: они выведены на поверхность на Камчатке, Курильских островах и в
Дагестане.

Первая в России геотермальная электростанция на юге Камчатки
(Паужетская) мощностью 5 МВт была пущена в 1966г. Здесь используется пароводяная смесь, которая выводится через буровые скважины на поверхность и направляется в сепарационные устройства, где пар отделяется от воды при небольшом давлении. Пар приводит в движение турбогенератор, а вода при температуре выше 120 5о 0С применяется для теплофикации поселков, выращивания овощей в теплицах, бальнеологических целей и т.д.

Себестоимость добычи тепловой энергии таким способом в 2-2.5 раза ниже, чем тепловой энергии, получаемой от котельных. Себестоимость электроэнергии на Паужетской геотермальной электростанции в 4 раза ниже, чем на дизельных электростанциях в том же районе. Эти показатели могут быть значительно улучшены при условии более полного освоения геотермальной энергии. Имеются предположения об использовании более крупных месторождений термальных вод на Камчатке (Мутновское, Нижнекошелевское) с сооружением геотермальных электростанций мощностью 200 и 100 МВт.

О наличии геотермальной энергии давно известно в Дагестане. В 60-70-х гг. при бурении на нефть и газ в ряде скважин были обнаружены пароводяные смеси с температурами до 200 5о 0С. На базе одной из них (Тарумовской), по мнению специалистов, можно соорудить геотермальную электростанцию мощностью
250-500 МВт.

В Краснодарском крае пробуренные геологами скважины вместо нефти вскрыли запасы горячей воды. Сейчас термальные воды используют для многочисленных теплиц объединения "Плодоовощевод", для животноводческого комплекса, теплового орошения полей, промышленных предприятий и теплоснабжения населения. Крупные запасы термальных вод были обнаружены в
Чечено-Ингушетии (Грозный) и других районах, но они пока слабо используются.

Большими потенциальными ресурсами тепловой энергии обладают нагретые глубинным теплом Земли горные породы ряда районов страны. Особо значительной теплотой сгорания обладают сульфидные руды и концентраты.
Процессы автогенной плавки могут быть высокоэффективно применены в производстве меди, никеля, кобальта, свинца из сульфидного сырья, а также для безотвальной переработки пиритных концентратов с получением серной кислоты или элементарной серы, железного концентрата и цветных металлов.
Практическое освоение такой энергии требует разработки способов извлечения тепловой энергии и создания опытных установок. Здесь пока сделаны первые шаги. Широкое использование геотермальной энергии, запасы которой практически неисчерпаемы, зависит от дальнейшего прогресса техники и нахождения экономичных путей ее применения.

Другим видом "мягкой" энергии является солнечная энергия.

Отопительные системы, применяющие солнечную энергию, могут удовлетворять 30-50% потребности в тепле в течение года, поэтому их приходится использовать совместно с традиционными системами обогрева.

Водонагреватели применяются для горячего водоснабжения. Солнечная энергия может быть использована и для отопления теплиц, опреснения воды, охлаждения. Часть тепла можно аккумулировать путем нагрева камней в условиях теплоизоляции. При этом существенно экономичны при условии достаточного в течение дня времени излучения солнечной энергии. В южных районах России, где время солнечной радиации составляет 2200-3000 ч (на
Северном Кавказе, в Нижнем Поволжье), солнечные тепловые установки эффективны.

Солнечное излучение превращается также в электроэнергию. Это осуществляется, во-первых, путем получения тепловой энергии с последующим использованием ее для приведения в действие генераторов электрической энергии и, во-вторых, фотоэлектрическим методом прямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Проектируются опытные термодинамические солнечные электростанции с паровыми турбинами.
Однако требуемые для этого удельные капитальные вложения в несколько раз больше, чем капитальные вложения в обычные теплоэлектростанции. По данным американских специалистов, капитальные вложения в гелиотермальные станции мощностью 5-400 МВт приблизительно в 10 раз дороже, чем на тепловой электростанции. Для получения энергии нужны большие площади зеркал - примерно 50 кв.км на 1 млрд.кВтч электроэнергии. В перспективе с учетом научно-технического прогресса в определенных районах окажется перспективной утилизация и солнечного излучения. В настоящее время применения полупроводников и интегральных схем позволяет значительно снизить затраты на получение электроэнергии за счет солнечной радиации
(в десятки раз по сравнению с прежними результатами).

Что касается теплоэлектрического (прямого) метода получения электроэнергии, то он пока еще очень дорог. Солнечные батареи уже ряд лет используются для питания электроэнергией космических кораблей при КПД до
20%, что гораздо меньше теоретически возможного. Наземные электростанции на кремниевых солнечных батареях на 1 кВт установленной мощности в 100 раз дороже атомных. При сравнении с атомными гелиотермические электростанции вовсе не загрязняют окружающую среду. Перспектива их применения зависит от прогресса в области гелиотехники.

На состояние окружающей среды до определенного предела не влияет создание электростанций на энергии ветра. Согласно имеющимся данным особенно благоприятные условия использования энергии ветра у нас имеются на
Крайнем Севере, в Азово-Черноморском районе, где дуют северо-восточные ветры, в районах Нижнего Поволжья.

Потенциальные мощности ветровых электростанций, которые могли бы быть построены в указанных районах, измеряются миллиардами киловатт, что в десятки раз превосходит суммарную установленную мощность имеющихся в
России электростанций.

В России разработано несколько типов ветродвигателей с диаметром колес до 36м. В Дании и США в опытной эксплуатации находятся ветродвигатели с колесами диаметром до 60м. В России намечается строительство ветроэлектростанций максимальной мощностью 1 МВт, небольшая часть будет иметь меньшую площадь. Целесообразность применения энергии ветра для производства электроэнергии в больших масштабах находится в стадии изучения. Ветроэлектростанции могли быть использованы в энергетических системах. Они должны обладать аккумулирующими установками, сто приведет, однако, к повышению стоимости электроэнергии.

К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и отливов. Для их использования сооружаются плотины, образуется водоем - бассейн приливной электростанции и при достаточной высоте прилива создается напор. Сила падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На однобассейновой приливной станции двойного действия, работающей как во время прилива, так и во время отлива, можно вырабатывать электроэнергию четыре раза в сутки в течение 4-5 часов во время наполнения и опорожнения бассейна. Агрегаты такой станции должны быть приспособлены к работе в прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды. Крупная приливная электростанция мощностью 240
МВт работает на берегу Ла -Манша, в устье реки Ранс.

Она действует в сочетании с другими электростанциями в качестве пиковой (т.е. покрывающей потребность в электроэнергии в часы пик) В России в 1968 г. вступила в строй небольшая приливная электростанция на побережье
Баренцева моря в губе Кислой. Разработаны проекты Мезенской приливной электростанции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской не берегу Охотского моря.

Энергию океана можно использовать, сооружая волновые электростанции, а также устройства, использующие энергию морских течений, разницу температур поверхностных теплых и глубинных холодных слоев воды или подледных слоев воды и воздуха. В США и Японии разрабатываются проекты гидротермальных электростанций (плавучих и береговых), в частности, для обеспечения электроэнергией предприятий по добыче сырья со дна океана, обслуживания рыболовецких и торговых судов и т.д. Принцип действия такой электростанции заключается в следующем. Теплая океанская вода направляется в теплообменник, в котором испаряется аммиак. Пары аммиака вращают турбину электрогенератор и поступают затем в следующий теплообменник, где они охлаждаются холодной водой, поданной с больших глубин - до 1000 м.
Возможность создания подобных электростанций изучается в России.

Говоря об экологически чистых источниках энергии, следует указать на строительство гидроэлектростанций на реках. Их, конечно, нельзя отнести к новейшим технологических достижениям, но в условиях, когда все большее значение приобретает охрана воздушного бассейна от всякого рода загрязнений вредными веществами и теплового загрязнения, гидроэлектростанции можно оценить по-новому.

Вероятна перспектива использования водорода в качестве топлива.
Уже имеются попытки его применения в качестве топлива для автомобильного двигателя. Замена водородом бензина позволила бы снять проблему загрязнения атмосферы отработанными газами автомобильных двигателей.
Отработанным веществом двигателя, работающего на водороде, является вода.
Водород можно применять и для авиационных двигателей. Но на пути его использования в качестве топлива еще много препятствий. Применение жидкого водорода затрудняется необходимостью сооружения контейнеров в виде сосудов Догоара для обеспечения сверхнизких температур и предохранения от быстрого испарения. Высока цена водорода (много дороже бензина). Его производство методом гидролиза воды возможно при наличии дешевых источников энергии. Большой расход электроэнергии на цели электролиза делает применение водорода невыгодным (т.е. эффективнее прямое использование электроэнергии в электродвигателях). Вместе с тем при дальнейшем снижении стоимости водорода при массовом производстве водород в качестве топлива может с тать относительно эффективным.

Близка перспектива производства электромобилей. По данным компании
"Дженерал моторс", лучшие электромобили при скорости 80км/ч могут пройти около 400 км. Батареи никель-цинковые, вдвое более мощные, чем обычные свинцовые, могут быть заряжены в течение ночи через 110-вольтную сеть без ухудшения или потери мощности. Общий КПД электротранспорта, получающего электроэнергию через контактную четь, составляет 6-7%, автотранспорта
(начиная с добычи нефти и переработки ее на бензин) - 4.2%, а электромобиля
(если считать затраты, начиная с добычи каменного угля, сжигаемого на электростанции для производства электроэнергии, и кончая зарядкой аккумуляторов и работой самого электромобиля) - всего 2%.

Безусловно, электромобиль пока еще не в состоянии конкурировать с обычным автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.

3. Новая технология и новые материалы.

Одним из важнейших направлений технического прогресса, приводящим к снижению потребности в сырье, является снижение массы машин, оборудования, сооружений. Первые паровые машины при своей малой мощности были чрезвычайно тяжелы. Не говоря уже о паровых машинах Ньюкомена,
Севери, Ползунова, первые машины Уатта весили 300 кг на индикаторную лошадиную силу, т.е. более 400 кг на 1 кВт, а к началу ХХ в. - 135-140 кг. Затем появились паровые турбины, мощность которых все более увеличивалась при более медленном росте массы. Максимальная мощность современных турбин составляет 1200-1300 Мвт, а их масса и линейные размеры не намного отличаются от массы и линейных размеров турбин мощностью 800 и даже 500 МВт.

На тепловых станциях страны в настоящее время совершается переход от блоков в 500 и 800 МВт. На Костромской ГРЭС был установлен первый в
России блок мощностью 1200 МВт. На базе действующих создается серия мощных блоков, которые будут применены на создаваемых крупнейших ТЭЦ
КАТЭКа. Экономичность более мощных блоков характеризуется следующими данными. Если принять за 100 массу металла турбин мощностью 300 МВт, то на турбинах 500 МВт она снижается (на единицу мощности) до 77, а на турбинах 800 МВт - до 75. Удельная кубатура главного корпуса электростанций, принятая за 100 при турбинах 300 МВт, при более мощных турбинах - 500 и 800 МВт составляет соответственно 75 и 57, штатных коэффициент - 70 и 55.