Реферат: Екологічні проблеми енергетики

--PAGE_BREAK--2.2 Припливні електростанції (ПЕС)
Енергія припливів і відпливів належить до одного з видів гравітаційної енергії, яку людство ще майже не використовує. її запаси на всій планеті обчислюються в 11003 млн. кВт.

Двічі за кожні 24 години 50 хвилин всю нашу планету зі сходу на захід оббігає хвиля, її рух пов'язаний з часом проходження Місяця через меридіан. Це і є припливи та відливи, які виникають у результаті сил тяжіння Місяця і Сонця. В умовах великої поверхні океану висота місячного припливу не може перевищувати0,55м, а сонячного— 0,24 см.У вузьких протоках і бухтах рівень припливу підвищується, наприклад, у затоці Фанді (Канада) спостерігається рекордна висота припливних хвиль— 18,5м.

Енергія припливів величезна, вона майже в105 разів перевищує енергію, яка виробляється всіма гідроелектростанціями планети.

Припливні станції працюють за таким принципом: у вусті річки або затоки будується гребля, у корпусі якої установлюються гідроагрегати. За греблею створюють припливний басейн, який наповнюється припливною течією, що проходить через турбіни. При відпливі потік води виходить з басейну в море і крутить турбіни у зворотному напрямку.

Економічно доцільно будувати ПЕС у районах з припливним коливанням рівня моря не менше 4 м. Проектна потужність ПЕС залежить від характеру припливу в районі спорудження станції, від об'єму і площі припливного басейну, від кількості турбін, установлених у тілі греблі.

З1967 р.в гирлі річки Ране у Франції на припливах висотою до13м працює ПЕС потужністю240тис.кВт/годз річною віддачею540тис. КВт/год. На цій ПЕС встановлено24гідроагрегати. За оцінками спеціалістів будівництво даної електростанції економічно виправдане. Річні витрати експлуатації нижчі, ніж на ГЕС, і складають 4% капіталовкладень.

Перша Кислогубська ПЕС у колишньому СРСР була побудована в1968р. на березі Кольської затоки. У1970р. станція була побудована поблизу норвезького міста Бергена. Вона має потужність350 кВті забезпечує енергією невелике селище. Є проекти будівництва ПЕС на Білому та Охотському морях.

Незважаючи на великі запаси енергії припливів, крім величезної вартості спорудження припливної станції, у цієї енергії є й інші негативні сторони. Якщо така станція далеко від найближчого великого центру використання енергії, потрібні довгі й дорогі лінії електропередач. Крім того, вироблення припливної енергії непостійне: при звичайній експлуатації припливної енергії електрика виробляється лише на початку відпливу, тобто, коли рівень води, забраної в басейн, достатньої мірою перевищує її рівень у морі, зі зниженням рівня води в басейні вироблення електроенергії зменшується і біля нижньої точки відпливу падає до нуля, оскільки різниця рівнів зникає. Таким чином, вироблення енергії піднімається і падає двічі за добу відповідно до припливних циклів. А таке циклічне вироблення енергії не відповідає добовим циклам потреб у ній і повинно компенсуватися іншими джерелами.

Крім того, будівництво припливних станцій в затоках може привести до затоплення солоною водою великих площ берегових областей. Можуть бути змінені цикли міграції риб.




2.3 Солоність води як джерело енергії
Солона вода океанів і морів має в собі величезні неосвоєні запаси енергії, яка може бути ефективно перетворена в інші форми енергії в районах з великими градієнтами солоності, такими є гирла найбільших річок — Амазонки, Конго, Парани та ін. Осмотичний тиск, який виникає при змішуванні річкових вод із солоними, пропорційний різниці в концентраціях солей у цих водах. У середньому цей тиск складає24атм., а при впаданні річки Йордан у Мертве море — 500атм… Як джерело осмотичної енергії планується також використовувати соляні куполи, що знаходяться в товщі океанського дна. Розрахунки показали, що при використанні енергії, отриманої при розчиненні солі середнього за запасами нафти соляного купола, можна отримати не менше енергії, ніж при використанні нафти, яка в ньому міститься.

Роботи з перетворення «солоної» енергії в електричну знаходяться на стадії проектів і дослідних установок.

2.4 Використання термальної енергії океану

Температура води океану в різних місцях дуже різна. Між тропіком Раку і тропіком Козерога поверхня води нагрівається до82градусів заФаренгейтом(27°С). На глибині2000футів(600метрів) температура падає до35, 36, 37або38градусів заФаренгейтом (2, 3, 4,5°С).

За оцінками в поверхневих водах є запаси енергії, що в10000 разів перевищують загальносвітову потребу в ній.

Використовуючи різницю температур в океані, можна отримувати електроенергії вдвічі більше, ніж становить загальносвітове її споживання на сьогоднішній день.

Все обладнання такої електростанції разом з генератором знаходиться на плаваючій платформі, а електроенергія передається на землю за допомогою підводного кабелю. Недоліком такої електростанції є корозія, якої швидко зазнають металеві деталі в морській воді, металів, обростання елементів теплообмінників морськими організмами та малий коефіцієнт корисної дії — 2-3%. Перевагами марітермічної електростанції є стабільність режиму роботи(90-95%),оскільки температура морської води в районі екватора постійна впродовж року, і відсутність негативного впливу на навколишнє середовище. Перша у світі промислова електростанція такого типу була збудована в Абіджані (Берег Слонової Кості) і мала потужність 8тис.кВт.Коефіцієнт корисної дії перетворення гідротермальної енергії ще зовсім мізерний-не перевищує1-2% .Можливо, скоро будуть знайдені способи його підвищення. Марітермічні електростанції працюють в Індонезії, на острові Балі (5 МВт), в Японії (10 МВт), на Гаїті (5 МВт) і на Гавайях (40 МВт). Значні перспективи відкриває використання гідротермальної енергії в освоєнні полярних районів, де різниця температур повітря і води особливо велика.

2.5 Вода як джерело водню
—
перспективного палива

Молекула води складається з двох атомів водню і одного атому кисню. Вилучений з води водень можна використовувати як паливо для отримання електроенергії. Отриманий водень досить зручно зберігати: у вигляді стиснено газу в танкерах або в скрапленому вигляді в кріогенних контейнерах при температурі-203°С. Його можна зберігати й у твердому вигляді після сполучення з залізо-титановим сплавом або з магнієм для утворення металевих гідридів. Після цього їх можна легко транспортувати і використовувати в міру необхідності.

Один із найбільш перспективних методів вилучення водню з води-електроліз води. Одержаний таким чином водень використовувався під час космічних польотів за програмою«Аполлон».


2.6 Використання гідродинамічної енергії

Енергія прибоїв, течій, хвиль ще фактично не використовується. Тільки енергія прибоїв обчислюється десятками мільйонів кіловат-годин на рік з 1 км берегової ділянки. Сучасний рівень техніки дозволяє вилучати енергію течій при швидкості потоку більше 1 м/с. При цьому потужність від 1 м2 поперечного перерізу потоку складає близько 1 кВт.

Багатообіцяючими є гігантські турбіни на таких інтенсивних і стабільних океанських течіях, як Гольфстрім і Куросіо, які несуть відповідно 83 і 55 млн. м3/с води зі швидкістю до 2 м/с, і Флоридської течії (30 млн. м3/с, швидкість до 1,8 м/с). Перспективним є використання течій Гібралтару і Ла-Маншу.

Створення енергетичних станцій, заснованих на використанні енергії морських течій, пов'язане поки що з технічними труднощами, перш за все, зі створенням енергетичних установок великих розмірів, які становитимуть загрозу судноплавству.

Зараз діють лише маленькі енергетичні установки, які використовують енергію хвиль для забезпечення електроенергією маяків, бакенів та інших невеликих об'єктів. В Індії від енергії хвиль працює плавучий маяк порту Мадрас. У Норвегії з1985 року діє перша у світі промислова хвильова станція потужністю 850 кВт.

Створення хвильових електростанцій визначається оптимальним вибором акваторії океану зі стійким запасом хвильової енергії, ефективністю конструкції станції, в яку вбудовані пристрої згладжування нерівномірності режиму хвилювання. Досвід експлуатації хвильових електростанцій показав, що вироблювана ними електроенергія поки що в 2-3 рази дорожча за традиційну, але в майбутньому очікується значне зниження її вартості.


3. Екологічні проблеми використання атомної енергії
При поділі ядер урану і плутонію в ядерному реакторі виділяється величезна кількість енергії, використання якої дозволило створювати значні атомні електростанції (АЕС) промислового типу. За один акт розпаду ядра урану виділяється енергія, яка дорівнює приблизно200меВ. Це більш ніж у20 млн.разів перевищує енергію, що виділяється на один атом у будь-якій хімічній реакції. При поділі ядер 1 г урану виділяється 20 млн. ккал, що відповідає 23 000 кВт • год теплової енергії. Один кілограм урану може дати стільки тепла, скільки одержують при спалюванні від2600000до3000000кг кам'яного вугілля.
Таблиця4.Список найбільшихАЕСсвіту

Назва

Країна

Потужність

електростанції(МВт)

Фукушима

Бруце

Гравелінес

Палуел

Бучей

Піцкерін

Курська

Ленінградська

Японія

Канада

Франція

Франція

Франція

Канада

Росія

Росія

7 748

5 563

5 480

5 160

4 180

4 120

3 800

3 800



27червня1954р. перша у світі атомна станція у м. Обнінськ була підключена до московської енергосистеми.

Нині (за даними на2009р.)40ядерних реакторів у32країнах виробляють17%світового обсягу електроенергії.

Частка ядерної енергії в енергетиці деяких країн становить: у Франції — 75%, Бельгії — 60%, Південній Кореї — 49%, Швеції — 46%, Іспанії — 38%, США — 21%, Росії — 14%. УСШАпрацює 102АЕС, Франції— 56,Південній Кореї— 10.

В останні роки ядерна енергетика розвивається відносно слабкими темпами. Щорічне зростання виробництва атомної електроенергії становить приблизно0,5%.Для порівняння: щорічно нафтовидобування збільшується на1%,а добування газу — на3%.

Показники, які характеризують ядерну енергетику різних країн, зібрані в таблиці в порядку зменшення повної потужності АЕС.

Зараз у світі будується37ядерних реакторів із сумарною проектованою потужністю31ГВт(9%від потужності всіх працюючих).

Запаси ядерного палива в земній корі оцінюють у100трильйонів тонн. Найбільші його поклади зосереджені в Конго,США (Колорадо), Канаді, Австралії, Південній Африці.

Трагічна аварія на Чорнобильській АЕС та ядерні катастрофи на інших АЕС поставили під великий сумнів подальше існування атомної енергетики, яка таїть у собі смертельну небезпеку для всього людства.

З часу введення в експлуатацію першої АЕС у світі сталося кілька крупних аварій, що призвели до радіоактивного забруднення навколишнього середовища, опромінення та загибелі людей (табл. 6).

Екологічною й політичною подією в Україні, яка поліпшила її міжнародний імідж, стало закриття Чорнобильської АЕС (єдиний працюючий на ЧАЕС третій енергоблок був зупинений 15 грудня 2000 p.). Незважаючи на повне закриття, існує небезпека спонтанних фізичних процесів, які відбуваються в реакторі. Про це свідчать періодичні радіоактивні викиди з4-гоенергоблоку.

Таблиця5.Стан ядерної енергетики різних країн (за станом на2009р.)

Країна

Кількість реакторів

Повна потужністьусіх АЕС (ГВт)

Виробництво електроенергії

(ГВт• год)

Частка1 виробництва від повної(%)

Коефіцієнт використання(%)

США

104

97,5

727,7

19,8

85,5

Франція

59

63,10

160,4

75,0

86,7

Японія

53

43,69

303,3

34,6

79,2

Німеччина

19

21,12

160,4

31,2

86,7

Росія

29

19,84

110,9

14,4

63,8

Корея

16

12,99

97,82

42,8

86,09

Великобританія

12,97

67,35

67,35

28,9

80,3

Україна

14

12,12

67,35

43,8

63,5

Канада

14

10,00

69,30

12,4

79,1

Швеція

11

9,43

70,10

46,8

84,8

Іспанія

9

7,47

56,47

31,0

86,3

Бельгія

7

5,71

46,60

57,7

93,1

Тайвань

6

4,88

36,91

25,3

86,3

Болгарія

6

3,54

14,53

47,1

46,9

Швейцарія

5

3,18

23,52

36,0

84,4

Фінляндія

4

2,66

22,07

33,1

94,9

Словаччина

6

4,21

13,12

47,0

62,3

Литва

2

2,37

9,86

73,1

47,5

КНР

3

2,17

14,10

1,15

74,3

Індія

11

1,90

11,45

2,65

68,9

ПАР

2

1,84

13,47

7,08

83,5

Угорщина

4

1,73

14,10

38,3

93,1

Чехія

4

1,65

13,36

20,8

92,54

Мексика

2

1,36

10,00

5,21

83,98

Аргентина

2

0,94

6,59

9,04

80,5

Румунія

1

0,65

4,81

10,7

84,5

Бразилія

1

0,63

3,98

1,25

72,5

Голландія

1

0,45

3,40

4,02

86,4

Вірменія

1

0,37

2,08

36,4

63,1

Пакистан

1

0,13

0,07

0,11

6,4

Усього

433

349,00

2 398







Такі країни, як Австрія, Данія, Філіппіни та Швеція заявили про намір повністю відмовитися від АЕС і демонтувати ті ядерні блоки, які там є.

Трагедія на ЧАЕС повністю розвіяла міф про дешевий і безпечний «мирний» атом.

Таблиця6.Найбільші аварії на АЕС (Преждои др., 1996)



Віндскале, Великобританія

СЛ-1, США

Люценс, Швейцарія

ТМІ,США

Чорнобиль, Україна

Дата аварії

10.10.1952

01.03.1957

21.01.1969

29.031979

26.04.1986

Дата пуску

1951

1958

1968

1978

1983

Теплова

потужність,МВт

-

3

30

2800

3200

Мета використання

воєнна

воєнна

цивільна

цивільна

цивільна

Максимальна

потужність,МВт

-

19000

-

-

320000

Максимальна











температура топливних

-

2000

1300-3100

3100

4000-5000

елементів,К











Стан реактора після аварії

Знищено 150

Знищено 20%

Знищено 1паливний елемент

Повністю

Повністю



паливних

паливних



знищено

знищено



елементів

елементів







Максимальна доза опромінення(mSv)

160

0,1

0,05

0,5

300-500

Колективна доза опромінення

1200

-

Дуже мала

100

1600



У галузі практичного використання ядерної енергії сформувався такий основний напрямок, як ядерна енергетика,тобто здійснення в промислових масштабах перетворення ядерної енергії в інші види (механічну, електричну тощо), які використовуються потім для виробничих і побутових потреб.

Перетворення ядерної енергії в електричну відбувається на АЕС, основною частиною яких є ядерний реактор.У світі розроблено багато типів ядерних реакторів, що різняться за видами ядерного палива (за засобами і ступенем його збагачення), сповільнювачів, теплоносіїв, за використанням нейтронів та ін. Перевагу у використанні отримали ядерні реактори на теплових нейтронах, як більш прості. У так званій активній зоні реактора ядерне паливо під упливом нейтронів вступає в ланцюгову реакцію. Енергія, що при цьому виділяється, відводиться за допомогою теплоносія (води, органічної рідини, розплавленого металу, газу та ін.).

Навколо активної зони розміщено відображувач нейтронів. Управління ланцюговою реакцією здійснюється за допомогою стержнів-поглиначів, які підтримують виділення енергії на потрібному рівні, забезпечують рівномірність її розподілу по об'єму реактора. Ядерне паливо знаходиться в реакторі у вигляді стержнів-ТВЕЛів (тепловиділяючих елементів).

У міру «вигорання» компонента ядерного палива, що ділиться, умови, необхідні для роботи реактора, погіршуються (зникають активні атоми, накопичуються осколки поділу, поглинаються нейтрони). Щоб збільшити строк експлуатації ТВЕЛів, до активної зони реактора вводять стержні з речовин, які сильно поглинають нейтрони (Вr, Са та ін.). Спочатку їх занурюють глибоко, потім поступово виводять з активної зони. Таким чином підтримується стаціонарний («критичний») режим. Переміщуючи стержні близько положення, що відповідає критичному стану, регулюють ланцюговий процес, посилюючи чи послаблюючи його. Таким чином регулюється потужність ядерного реактора.

Якщо видалити керуючі стержні з активної зони, реактор стане надкритичним, а значить і вибухонебезпечним. З цієї точки зору ніякий з існуючих реакторів не можна назвати абсолютно безпечним.

Як паливо для ядерних реакторів використовують уран, плутоній, торій. На шляху використання атомної енергії перед людством постає все більше й більше проблем. На першому плані стоять заходи щодо гарантування безпеки навколишнього середовища та населення, проблема поховання високорадіоактивних відходів, проблеми роботи АЕС в енергосистемах і багато інших. Системи забезпечення безпеки АЕС постійно розвиваються і вдосконалюються. Але незважаючи на це, атомна енергетика повністю екологічно безпечною вважатися не може.

Зараз учені всього світу працюють над отриманням екологічно безпечної і дешевої термоядерної енергії. Ідея термоядерного реактора-токамака належить видатним російським фізикам А.Д.Сахаровуй І.Є. Тамму. За найбільш оптимістичними прогнозами, термоядерна електростанція почне виробляти енергію у2050р.
    продолжение
--PAGE_BREAK--