### Тема 13. Современные проблемы энергетики

С развитием научно-технического прогресса человечеством разработано множество технологий, однако ни одна из них не может быть реализована без потребления энергии. С ростом численности населения и созданием новых технологий потребление энергии неуклонно растет. Особенно активный рост энергозатрат отмечался с 50-х годов XX столетия. Так за период с 1860 по 1985г. потребление энергии в мировой экономике возросло в 60 раз, 90-хгодах - на 3,7%, причем наибольший прирост наблюдался в потреблении газа (4,4%), угля (3,7%), и нефти (3,1%). На развитые страны в последнем десятилетии приходилось половина мирового потребления нефти 45% - газа. Что касается развивающихся стран, то в качестве источника энергии они используют главным образом уголь, а в бытовой сфере – биомассу. Основная часть энергии производится за счет ископаемого топлива (около 90%), на гидроэнергетику приходится 7% и на атомную энергетику – 5%.

Имеющиеся источники энергии можно использовать тремя способами:

1) получение тепловой энергии путем сжигания топлива и использование ее непосредственно;

2) преобразование тепловой энергии в работу (движение автомобилей, привод некоторых механизмов т.д.);

3) преобразование тепловой энергии в электрическую с последующим ее преобразованием в работу, тепло, свет и т.д.

Преобразование тепловой энергии в электрическую связанно с тем, что последнюю легко преобразовать в другие виды энергии, доставить непосредственно к месту потребления.

Преобразование тепловой энергии в электрическую согласно второму закону термодинамики неизбежно связано с ее потерями. Особенно велики потери энергии в цикле преобразования тепловой энергии в электрическую, а затем электрической в тепловую. Так как в энергетическом балансе доля электрической энергии велика, очень важно оценить ее воздействие на окружающую среду.

Электрическая энергия легко превращается в другие виды энергии; тем самым создаются комфортные условия для жизни человека. Она дает ему тепло, горячую воду, холод, звуковое и телевизионное изображение и другие виды благ. Взамен этих благ мы имеем долины рек, заполненные отходами, кислотные дожди, выбросы из шахт, загрязнение природной среды нефтью, аэрозоли в атмосфере, оксиды азота и серы в воздухе, смог, тепловое загрязнение вод, радиоактивные отходы и очищенный плутоний для атомных бомб.

К настоящему времени энергия производится главным образом на тепловых станциях за счет сжигания ископаемого топлива. Среди видов ископаемого топлива ведущая роль в производстве энергии принадлежит газу, нефти и продуктам ее переработки. В связи с интенсивным потреблением запасы нефти быстро уменьшаются. Поэтому обеспеченность даже в ближайшем будущем нефтью и нефтепродуктами, особенно в странах с малыми ее запасами, уже сейчас вызывает серьезную озабоченность. Это напрямую связанно с появлением периодических «нефтяных кризисов», вызываемых пока что искусственно: страны поставляющее нефть, с целью повышения цен уменьшают ее добычу и реализацию.

Громадный поток энергии, используемый человечеством, прямым или косвенным путем направлен на разрушение экосистем и истощение природных ресурсов. Экологические проблемы, связанные с энергетикой, базирующейся на сжигании ископаемого топлива, связанны в первую очередь с выбросом в большом количестве парниковых газов. При этом совершенно не учитывается, что с увеличением производства энергии возрастает давление на окружающую среду и ускоряется процесс деградации и разрушения экосистем.

13.1. Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду

70% энергии в нашей стране получают при сжигании биокосного вещества (угля, торфа). Расходуется эта энергия, в основном, на отапливание. Коэффициент полезного действия ТЭС – 40%, 60% идет в воздух в виде дыма, выбросов и в золоотвалы в виде шлака.

Выбросы ТЭС состоят, как уже говорилось, из окислов серы и азота. Одна теплоэлектростанция (ТЭС) выбрасывает в атмосферу 200 т окислов азота и 700 т серы. При взаимодейтсвии с водой образуется кислота, выпадающие кислотные дожди уничтожают леса, озера (некоторые мелкие озера при попадании дождей сами становятся кислыми), разрушают здания, памятники культуры.

Вокруг ТЭС образуются золоотвалы, состоящие из несгоревшего вещества – шлака. Хотя шлак должен вывозиться за 20 – 40 км от населенного пункта, это соблюдается не везде. Ветер поднимает в воздух золу, создаются пылевые бури. Под золоотвалы отводятся тысячи гектаров, при этом земли теряют свое плодородие.

При сжигании угля освобождаются тяжелые металлы. Особенно много их в буром угле (бурый уголь добывается, например, в Донбассе). Эти вещества обладают радиоактивностью, в 2 – 3 раза большей, чем радиоактивность отходов атомной электростанции.

13.2. Воздействие гидроэлектростанций (ГРЕС) на окружающую среду

Получение электроэнергии с помощью ГРЕС (или ГЭС) – самый дешевый и чистый способ. Используется энергия падающей воды, вращающая турбины. В основном используют гравитационную плотину (см. рис. 3.5).

Рис. 3.5. Использование энергии падающей воды

К отрицательным последствиям экологического характера при сооружении ГРЕС относятся: затопление сельскохозяйственных земель и лесных угодий; изменение естественного режима речного стока; изменение климата прилегающих территорий. К важнейшим характеристикам водохранилища относятся: размер зеркала водохранилища, наличие в водохранилище мелководий, влияние водохранилища на местный климат, состояние почв и растительности, а также на рыбное хозяйство и водный (речной) транспорт.

При решении вопроса о строительстве водохранилищ уходят без возвратно под воду ценные плодородные земли. Большим бедствием являются водохранилища, большую часть которых составляют мелководья. Возникают они в случае, когда плотина ГЭС сооружается в равнинной местности. Вода мелководий сильно прогревается солнцем, что способствует росту сине-зеленых водорослей. Они в большинстве случаев не используются, и разрастаясь, гниют, заражая воду и атмосферу.

Строительство ГЭС влияет на речное судоходство. Повышается уровень воды в верхнем бьефе, что для судоходства выгодно, но при сквозном движении судов необходимо сооружать шлюзы, что влечет за собой дополнительные капиталовложения.

Воздвижение плотин сказывается на рыбном хозяйстве, приводя к уменьшению и даже ликвидации многих ценных пород рыб. Это касается в первую очередь рыб, совершающих в период нереста миграцию из морей в реки.

Влияние на изменение климата хорошо прослеживается в районах строительства Сибирских ГЭС – Братской, Усть-Илимской, Саяно-Шушенской. Температура летом в верхнем бьефе +200С, зимой – 00С. Температура - в нижнем бьефе - +4,+60С. Летом на берегах холодно, зимой незамерзающий “язык” – длиной даже до 200 км. Изменяется влажность, изменяется температура окружающей среды.

13.3. Воздействие атомных станций на окружающую среду

Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.

Наиболее существенные факторы:

- локальное механическое воздействие на рельеф – при строительстве,
- повреждение особей в технологических системах – при эксплуатации,
- сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты,
- изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС,
- изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.

Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов-охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты, оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.

Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного, не менее чем в 5-10 раз, “чище” в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АС – крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.

Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АС районов, т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды.

Исходными событиями, которые развиваясь во времени, в конечном счете могут привести к вредным воздействиям на человека и окружающую среду, являются выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АС. Эти выбросы делят на газовые и аэрозольные, выбрасываемые в атмосферу через трубу, и жидкие сбросы, в которых вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелкодисперсных смесей, попадающие в водоемы. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.

Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека.

Особое внимание следует уделять таким мероприятиям, как накопление, хранение, перевозка и захоронение токсичных и радиоактивных отходов.

Радиоактивные отходы являются не только продуктом деятельности АС, но и отходами применения радионуклидов в медицине, промышленности, сельском хозяйстве.

Для обезвреживания и захоронения радиоактивных отходов была разработана система “Радон”, состоящая из шестнадцати полигонов захоронения радиоактивных отходов. Руководствуясь Постановлением Правительства Российской Федерации №1149-г от 5.11.1991г., Министерство атомной промышленности РФ в сотрудничестве с несколькими заинтересованными министерствами и учреждениями разработало проект государственной программы по обращению с радиоактивными отходами с целью создания региональных автоматизированных систем учета радиоактивных отходов, модернизации действующих средств хранения отходов и проектирования новых полигонов захоронения радиоактивных отходов.

Выбор земельных участков для хранения, захоронения или уничтожения отходов осуществляется органами местного самоуправления по согласованию с территориальными органами Минприроды и Госсанэпиднадзора.

Вид тары для хранения отходов зависит от их класса опасности: от герметичных стальных баллонов для хранения особо опасных отходов до бумажных мешков для хранения менее опасных отходов. Для каждого типа накопителей промышленных отходов (т.е. хвосто – и шламохранилища, накопители производственных сточных вод, пруды – отстойники, накопители – испарители) определены требования по защите от загрязнения почвы, подземных и поверхностных вод, по снижению концентрации вредных веществ в воздухе и содержанию опасных веществ в накопителях в пределах или ниже ПДК. Строительство новых накопителей промышленных отходов допускается только в том случае, когда представлены доказательства того, что не представляется возможным перейти на использование малоотходных или безотходных технологий или использовать отходы для каких – либо других целей.

Захоронение радиоактивных отходов происходит на специальных полигонах. Такие полигоны должны находиться в большом удалении от населенных пунктов и крупных водоемов. Очень важным фактором защиты от распространения радиации является тара, в которой содержатся опасные отходы. Ее разгерметизация или повышенная проницаемость может способствовать отрицательному воздействию опасных отходов на экосистемы.

В Российском законодательстве имеются документы, определяющие обязанности и ответственность организаций по сохранности, защите окружающей среды. В основном документе по радиационной безопасности – Нормах радиационной безопасности (НРБ – 99) даны значения предельно – допустимых концентраций радиоактивных веществ в воде и воздухе для профессиональных работников и ограниченной части населения. Данные по некоторым важным, биологически активным радионуклидам приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.5. Значения допустимых концентраций для радионуклидов

Органы человека в различной степени подвержены облучению. Наиболее чувствительны к радиоктивному воздействию костный мозг, легкие, кишечник и гонады. Средней чувствительностью обладают кожа, щитовидная железа, трахея, печень, силизенка. Низкой чувствительностью – костная ткань и желудок.

13.4. Альтернативные источники энергии

Термоядерный синтез. В настоящее время многие ученые будущее энергетики связывают с термоядерным синтезом, который представляется как неограниченный источник энергии. Как известно, атомная энергия выделяется при делении ядер тяжелых металлов. Термоядерная энергия образуется при слиянии ядер атомов легких элементов (например, дейтерия). Подобные реакции происходят в недрах Солнца и некоторых звезд с высвобождением огромного количества энергии. Для производства энергии с помощью термоядерного синтеза необходимо создать соответствующий тип реактора, чтобы превратить “термоядерное тепло” в электрическую энергию.

В качестве “горючего” в термоядерном синтезе используется изотоп водорода – дейтерий, который в значительном количестве находится в поверхностных водах нашей планеты. Реакции термоядерного синтеза характеризуются выделением громадного количества энергии, и так как “ термоядерного топлива” много, данный источник энергии считают неисчерпанным. Например, для получения количества энергии, эквивалентного выделяемому при сжигании 1350 л бензина требуется 4,5 л воды.

Однако использование энергии, выделяемой при термоядерном синтезе, препятствуют очень высокие температуры (порядка ). Для преобразования тепловой энергии в электрическую требуется замкнутое пространство, но к настоящему времени не известны химические соединения, которые могли бы при такой температуре оставаться в твердом состоянии.

Проблемы, связанные с получением энергии на основе термоядерного синтеза, оказались значительно сложнее, чем казались вначале. Исследования в этой области начались в конце 50 – х годов и ученые оптимистично рассчитывали завершить их через 20 лет. Однако и по истечении более чем 40 лет проблема мало приблизилась к своему разрешению.

Топливные элементы. В качестве еще одного источника энергии могут служить топливные элементы, которые генерируют электрическую энергию за счет химической реакции водорода и кислорода. Это направление получило мощный толчок за счет реализации аэрокосмических программ, где они успешно функционируют. При выработке электроэнергии топливные элементы незначительно загрязняют окружающую среду.

Кислород для топливного элемента можно получать из воздуха, водород – в результате химических процессов при переработке жидкого углеводородного топлива, например, нефти, природного газа. Недостатком топливных элементов является их небольшая мощность. Такого типа электростанции построены в США и Японии.

В настоящее время разрабатываются топливные элементы второго поколения, в которых в качестве реагентов используются водород и оксид углерода.

Водород можно получать путем электролиза из морской воды. Энергию для электролиза могут давать электростанции различного типа (тепловые, атомные и т. д.). Полученный водород может быть использован не только в топливных элементах, но и в двигателях внутреннего сгорания. Однако многие проблемы использования водорода в больших объемах до настоящего времени не решены. Предполагается, что водород – это топливо будущего.

Примерно около 200 лет тому назад в распоряжении человека было три источника энергии: энергия Солнца, воды и ветра.

Энергию Солнца человек использовал путем сжигания биомассы, синтезированной растениями. Энергия ветра возникает за счет разности температур и давления в разных местах. Ветер используется для подачи воды на поля и в населенные пункты, а также для движения парусных кораблей. Вода использовалась главным образом для привода мельниц.

В последнее время интерес к этим источникам энергии вновь растет в связи с тем, что они практически не ограничены и значительно меньше загрязняют окружающую среду по сравнению с тепловыми и атомными станциями. Кроме того, поставки топлива становятся менее надежными и более дорогостоящими.

Солнечная энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед традиционным органическим и ядерным горючим. Во – первых, это исключительно чистый вид энергии, который не загрязняет окружающую среду, а само ее использование не связано ни с какой биологической опасностью. Во 0 вторых (и это наиболее важно), использование солнечной энергии в больших масштабах не нарушает сложившегося в ходе многомиллиардной эволюции энергетического баланса нашей планеты.

Существует несколько способов использования солнечной энергии.

При физических способах усвоения солнечной энергии используют гальванические батареи, которые поглощают ее и преобразуют в тепловую или электрическую энергию; либо системы зеркал, отражающих лучи солнца и направляющих их на заполненные маслом трубы, которые концентрируют солнечное тепло.

При биологических способах выращивают организмы, которые фиксируют солнечную энергию при фотосинтезе. Древесину, отходы сельскохозяйственного производства, высушенные водоросли, которые перерабатывают в спирт, затем используют для получения энергии. Биологическим вариантом использования солнечной энергии является и получение биогаза из навоза, который сбраживается без доступа воздуха.

Наиболее успешно солнечная энергетика развивается в Японии и Израиле, в которых за ее счет почти полностью покрывается потребность в тепле для отопления жилья и подогрева воды для бытовых нужд.

Отопление и горячее водоснабжение как низкотемпературные процессы преобразования солнечной энергии в теплоту могут быть осуществлены сравнительно простыми техническими средствами. Солнечные водонагреватели начинают использоваться для целей тепло – и горячего водоснабжения индивидуальных потребителей в южных климатических зонах.

В Венгрии смонтирован солнечный коллектор на крыше 5 – этажного дома. Это самая крупная отопительная система, созданная с использованием так называемых альтернативных источников энергии Ее площадь 465 м2.

В 1980 г. во Франции введена в эксплуатацию система теплоснабжения жилого дома, основанная на комбинированном использовании плоских гелиоприемников, теплонасосных установок и расположенного в грунте теплового аккумулятора. На крыше дома установлены 60 коллекторов солнечной энергии площадью 90 м2, под помещением размещены пластмассовые трубки, через которые осуществляется теплообмен с грунтом в режимах накопления и потребления энергии. Отопление обеспечивается через напольные низкотемпературные обогревательные панели. При использовании системы для отопления дома объемом 418 м3 и площадью 170 м2 была достигнута годовая экономия энергии в 65% по сравнению с системой электрического отопления.

Крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях (СЭС) имеет определенные трудности, поскольку источник солнечной энергии отличается низкой плотностью (плотность радиации в среднем на поверхности составляет 1 кВт/м2). Поэтому необходима большая площадь энергоприемников. В некоторых проектах размер площади для сбора солнечной энергии и ее концентрации на оптических системах доходит до нескольких десятков квадратных километров. Из-за большой стоимости единицы поверхности модулей концентраторов создание мощных СЭС требует значительных затрат.

Чтобы такие установки могли конкурировать с тепловыми станциями, у них должен быть длительный срок эксплуатации. Данный источник энергии чаще используют в местах, куда нецелесообразно или сложно проводить линии электропередач.

Энергия ветра экологически чистая. Для ее получения не надо строить дорогостоящие плотины гидроузлов и тем самым загромождать реки, не надо сжигать ценное топливо и строить очистные устройства для сохранения в чистоте биосферы.

Энергия ветра – один из наиболее древних используемых источников энергии. Она широко применялась для привода мельниц и водоподъемных устройств в глубокой древности в Египте и на Ближнем Востоке. В Европе ветряные мельницы появились в начале XII века. Паровые машины заставили забыть на длительное время ветряные установки. Кроме того, низкие единичные мощности агрегатов, постоянная зависимость их работы от погодных условий, а также возможность преобразовывать энергию ветра в ее механическую форму ограничивали широкое использование этого природного источника. Энергия ветра в конечном итоге – результат тепловых процессов перемещения воздушных масс. Следовательно, первоначальным источником энергии ветра является энергия солнечного излучения, которая переходит в одну из своих форм – энергию воздушных течений.

Современный ветряк – сложное устройство. В нем запрограммирована работа в двух режимах – слабого и сильного ветра и остановка двигателя, если ветер станет очень сильным.

В середине прошлого века в связи с широким внедрением электричества появлялся интерес к ветроэнергетическим агрегатам, и, прежде всего к созданию ветроэлектрических станций (ВЭС). Первая в мире ВЭС с диаметром рабочего колеса 30 м и мощностью 100 кВт была спроектирована и построена в Крыму в 1931 году. В период, предшествовавший второй мировой войне, в разных странах строились установки, как для водоподъема, так и для производства электроэнергии. В последние годы созданы эффективные ветроэнергетические установки от 15 до 5000 кВт.

Практика показывает, что ориентироваться на ветряки малой мощности экономически невыгодно. Нужны гигантские ВЭС, способные производить много энергии. В проектно-изыскательском и научно-исследовательском институте разработано несколько моделей-вариантов ВЭС. Одна из них при высоте 140 м может иметь мощность до 20 МВт и вырабатывать в год около 35 млн. кВт/ч электроэнергии. Самый лучший по технико-экономическим показателям тип ВЭС представляет собой систему связанных между собой вертикальных лопастей, движущихся по замкнутой трассе большого диаметра. Эта ВЭС практически не имеет ограничений по мощности.

На высотах 6-9 км дуют потоки ветра со скоростью в сто раз большей, чем на земле. Например, над Москвой на высоте 8 км скорость ветра достигает 43 м/с. Если использовать этот ураган, то от небольших установок можно получать довольно солидной мощности энергию. В настоящее время предложена конструкция такой высотной станции. С землей ее соединит кабель.

Недостатком ветряных двигателей является шум, который производят лопасти пропеллера во время вращения. Если ветряк мощный, то шумовое загрязнение делает опасным длительное пребывание людей в зоне работы установки. Наиболее оправданы небольшие ветряки для обеспечения дешевой и экологически безопасной электроэнергией отдельных ферм, дачных участков. Пионерами ветроэнергетики являются Голландия и США.

Энергия океана экологически чистая. Она может быть использована в приливных электростанциях (ПЭС), волновых электростанциях (ВолнЭС) и электростанциях морских течений (ЭСМТ), где происходит преобразование механической формы энергии океана в электрическую. Есть энергоустановки, использующие наличие температурного градиента между верхними и нижними слоями Мирового океана, - так называемые геотермальные электростанции.

Приливные электростанции

Это источник экологически чистой энергии и подобен обычной гидростанции с плотиной, но “водохранилище” заполняется во время прилива и вода из него вытекает во время отлива. При вытекании вода крутит лопасти турбины. Он неисчерпаем и устойчив в перспективе, так как не зависит ни от сырьевых запасов, ни от капризов погоды.

Только часть мощности приливов, которая рассеивается на трение и вихревое движение масс воды, составляет около 1 млрд. кВт, что соответствует энергетическому потенциалу почти всех рек мира. Под ПЭС понимается электростанция, которая использует обе фазы уникального явления – прилив и отлив.

Чередование приливов и отливов происходит ежесуточно через 6 ч 12 мин. Первым идею использования энергии приливов реализовали энергостроители Франции. В 1967 г. там дала ток первая в мире ПЭС “Ранс”. Кислогубская станция в России, на Баренцевом море была пущена всего годом позже, но ее строительство было крупным шагом вперед в электростроительстве. Корпус ПЭС вместе с оборудованием был смонтирован как наплавная конструкция, отбуксирован к стволу губы и установлен на подготовленное место. Метод, разработанный Л. Б. Бернштейном, открыл дорогу к повышению экономической эффективности ПЭС, так как наплавные сооружения обходятся гораздо дешевле стационарных перемычек.

В 1983 г. в Канаде дала промышленный ток приливная станция “Аннаполис”. Проекты ПЭС разрабатываются и в других странах.

Энергия волн

Энергия, выделяемая при волновом движении масс воды в океане, действительно огромна. Средняя волна высотой 3 м несет примерно 90 кВт энергии на 1 м2 побережья. Однако практическая реализация данной энергии вызывает большие сложности. В Японии в 1978 г. начала давать ток плавучая электростанция, работающая на энергии морских волн.

Станция позволяет преобразовать энергию волн в камерах компрессивного типа в энергию сжатого воздуха. Далее процесс преобразования энергии идет по тому же принципу: сжатый воздух из соплового аппарата поступает на лопатки турбины, вращающей электрогенератор. Энергоустановка смонтирована на судне водоизмещением 500 т, общая длина которого 80 м, а ширина 12 м. Максимальная мощность плавучей электростанции 2 кВт. Считается, что энергоустановки подобного типа экономически более эффективны, чем другие для мелких населенных пунктов на побережье океана, где дополнительные транспортные расходы существенно увеличивают стоимость привозного органического топлива.

Энергия океанических течений

В США разрабатывается проект установки в районах относительно сильных течений турбины с диаметром рабочего колеса 170 м и длиной ротора 80 м, изготовлено из алюминиевого сплава, с возможным сроком службы не менее 30 лет. Потоки воды течения вращают лопасти турбины, а через систему мультипликаторов, повышающих число оборотов, вращают и находящийся на ее валу электрогенератор. По мнению авторов проекта, наибольшую проблему представит передача производимой электроэнергии по подводному кабелю на берег. Турбину намечается устанавливать в районах течений на якоре и поднимать на поверхность с глубины рабочего положения только для профилактического осмотра. Стоимость производимой электроэнергии на подобной электростанции ожидается в 1,8 раза ниже, чем на тепловых станциях, и в 1,4 раза ниже, чем на атомных.

Геотермальные электростанции

Принцип их действия основан на использовании температурного градиента различных слоев воды в морях и океанах. Это тепло можно использовать практически в любом районе, но затраты окупаются только там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры. Это районы активной вулканической деятельности и гейзеров, например, Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага, Исландия, Новая Зеландия. Принцип действия подобных энергоустановок состоит в следующем. Низкокипящее рабочее тело (например, широко применяемые в холодильной технике теплоносители группы фреонов или аммиак) испаряется в теплообменнике – испарителе за счет подвода теплоты от верхних теплых слоев океана. Пары низкокипящего рабочего тела при повышенных температуре и давлении поступают в турбину, где тепловая энергия теплоносителя преобразуется в механическую энергию вращения турбины. На одном валу с турбиной находится электрогенератор. Из турбины пары рабочего тела поступают в конденсатор, где они переводятся в жидкое состояние в процесс охлаждения водой, подаваемой из нижних холодных слоев океана. Далее рабочее тело подается в насос, откуда после повышения давления оно снова поступает в теплообменник – испаритель. Этим замыкается термодинамический цикл преобразования тепловой энергии океана в электрическую. На пути осуществления подобных установок стоит много технических проблем. Особый интерес вызывает схема установки с открытым контуром, не требующей использования низкокипящих жидкостей.

В настоящее время разработана установка, которая должна одновременно с электроэнергией давать пресную воду. В качестве энергоисточника для привода установки используется разность температур вод океана. Вместо аммиака в схеме с открытым контуром используется морская вода. Вода закипает при пониженных температурах и уменьшении атмосферного давления. При частичном вакууме (давление снижается в 15 раз по сравнению с давлением на уровне моря) вода при температуре 270С закипает, образуя пар для вращения турбины. Затем, когда пар конденсируется с помощью охлаждения морской водой с глубины, на установке получают пресную воду.

Открытый цикл устраняет все проблемы, касающиеся обращения с аммиаком, фреоном и т. д. Пресная вода вырабатывается в качестве побочной продукции.

Геотермальные источники используют для получения электроэнергии, для обогрева домов, теплиц.

Важные, но в количественном отношении еще недостаточно ясные ограничения возникают вследствие влияния систем преобразования тепловой энергии океана на природную среду. Эти влияния выражаются в местном изменении циркуляции вод, в биологическом воздействии на район океана, в региональных аномалиях и изменениях климата и др. В отличие от обычных электростанций, в значительной мере загрязняющих окружающую среду, энергия океана представляется сегодня более чистым источником энергии. После проведения предварительных исследований по излучению воздействия ОТЭС на окружающую среду против них были выдвинуты лишь минимальные возражения. С одной стороны, морские организмы защищены от водозаборников экранами, с другой – на их развитии благоприятно сказывается богатая питательными веществами вода, которая поднимается с больших глубин, где жизнь очень ограничена. Специалисты подсчитали, что в 2001 г., если вся энергия на Земле будет производиться за счет солнечной энергии океана, температура поверхности тропической части Мирового океана может понизиться меньше чем на полградуса, поскольку будет постоянно подогреваться за счет солнечных лучей. Последствия этих изменений должны еще тщательно изучаться.

Часто отмечают, что электрические станции, использующие природные источники энергии, экологически чистые, т.е. не загрязняют окружающую среду. Следует, однако, отметить, что абсолютно экологически чистых объектов, созданных человеком, не бывает. Если эти станции практически не загрязняют окружающую среду при их эксплуатации, то этого нельзя сказать о периоде их сооружения. Т.е. загрязнение окружающей среды происходит на месте производства этих станций.

#### Контрольные вопросы по теме

1. Что понимается под источниками энергии?
2. Какие основные способы использования источников энергии Вы знаете?
3. Экологические проблемы использования тепловых электростанций.
4. Экологические проблемы использования гидроэлектростанций.
5. Экологические проблемы использования атомных электростанций.