Сообщение на тему энергетика и энергоресурсы

Обновлено: 02.07.2024

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ. На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. Но в 19 в. главными источниками энергии стали ископаемые топлива: каменный уголь, нефть и природный газ.

В связи с быстрым ростом потребления энергии возникли многочисленные проблемы и встал вопрос о будущих источниках энергии. Достигнуты успехи в области энергосбережения. В последнее время ведутся поиски более чистых видов энергии, таких, как солнечная, геотермальная, энергия ветра и энергия термоядерного синтеза.

Потребление энергии всегда было прямо связано с состоянием экономики. Увеличение валового национального продукта (ВНП) сопровождалось увеличением потребления энергии. Однако энергоемкость ВНП (отношение использованной энергии к ВНП) в промышленно развитых странах постоянно снижается, а в развивающихся – возрастает.

ИСКОПАЕМЫЕ ТОПЛИВА

Существуют три основных вида ископаемых энергоносителей: уголь, нефть и природный газ. Примерные значения теплоты сгорания этих видов топлива, а также разведанные и промышленные (т.е. допускающие экономически рентабельную разработку при данном уровне техники) запасы нефти представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ИСКОПАЕМЫХ ТОПЛИВ

Таблица 1. ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ИСКОПАЕМЫХ ТОПЛИВ
Топливо	Теплотворная способность, ГДж
1 т каменного угля	30,5
1 т нефти	46,6
1000 м 3 (н.) природного газа	38,5
1 т бензина	47,0

Таблица 2. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ НЕФТИ

Таблица 2. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ НЕФТИ (ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ), МЛРД. Т
Регион	Разведанные запасы	Промышленные запасы
Ближний Восток	82	50
Страны СНГ	51	10
Африка	34	7,5
Латинская Америка	31	9,5
Дальний Восток и Океания	27	3
США	27	4
Китай	17	3
Канада	13	1
Западная Европа	3	3
Всего:	285	91

Запасы нефти и природного газа.

Трудно точно рассчитать, на сколько лет еще хватит запасов нефти. Если существующие тенденции сохранятся, то годовое потребление нефти в мире к 2018 достигнет 3 млрд. т. Даже допуская, что промышленные запасы существенно возрастут, геологи приходят к выводу, что к 2030 будет исчерпано 80% разведанных мировых запасов нефти.

Запасы угля.

Запасы угля оценить легче (см. табл. 3). Три четверти мировых его запасов, составляющих по приближенной оценке 10 трлн. т, приходятся на страны бывшего СССР, США и КНР.

Хотя угля на Земле гораздо больше, чем нефти и природного газа, его запасы не безграничны. В 1990-х годах мировое потребление угля составляло более 2,3 млрд. т в год. В отличие от потребления нефти, потребление угля существенно увеличилось не только в развивающихся, но и в промышленно развитых странах. По существующим прогнозам, запасов угля должно хватить еще на 420 лет. Но если потребление будет расти нынешними темпами, то его запасов не хватит и на 200 лет.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ

Запасы урана.

В 1995 более или менее достоверные мировые запасы урана оценивались в 1,5 млн. т. Дополнительные ресурсы оценивались в 0,9 млн. т. Крупнейшие из известных источников урана находятся в Северной Америке, Австралии, Бразилии и Южной Африке. Считается, что большими количествами урана обладают страны бывшего Советского Союза.

В 1995 число действующих ядерных реакторов во всем мире достигло 400 (в 1970 – только 66) и их полная мощность составила около 300 000 МВт. В США планируется и ведется строительство лишь 55 новых АЭС, а проекты 113 других аннулированы.

Реактор-размножитель.

Ядерный реактор-размножитель обладает чудесной способностью, вырабатывая энергию, в то же время производить еще и новое ядерное топливо. К тому же он работает на более распространенном изотопе урана 238 U (преобразуя его в делящийся материал плутоний). Считается, что при использовании реакторов-размножителей запасов урана хватит не менее чем на 6000 лет. По-видимому, это ценная альтернатива ядерным реакторам нынешнего поколения.

Безопасность ядерных реакторов.

Однако действие такой системы исследовалось в основном путем компьютерного моделирования. Обстоятельная проверка некоторых результатов моделирования проводилась на небольших опытных реакторах в Японии, Германии и США. Самым слабым местом используемых компьютерных программ являются, по-видимому, предположения о том, что отказать может не более одного узла сразу и что ситуацию не усложнит ошибка оператора. Оба эти предположения оказались неверными в самой серьезной из аварий, происшедших на АЭС в США.

28 мая 1979 в Три-Майл-Айленде близ Гаррисберга (шт. Пенсильвания) отказ оборудования и ошибка оператора привели к выходу из строя реактора с частичным расплавлением его активной зоны. Небольшое количество радиоактивных веществ было выброшено в атмосферу. Через семь лет после аварии Министерству энергетики США удалось извлечь разрушенную сборку активной зоны для обследования. Ущерб, нанесенный жизням людей и их собственности за пределами территории АЭС, был незначителен, но из-за этой аварии у общественности сложилось неблагоприятное мнение о безопасности реактора.

Деление ядер – не идеальное решение проблемы энергоресурсов. Более перспективной в экологическом плане представляется энергия термоядерного синтеза.

Энергия термоядерного синтеза.

Такую энергию можно получать за счет образования тяжелых ядер из более легких. Этот процесс называется реакцией ядерного синтеза. Как и при делении ядер, небольшая доля массы преобразуется в большое количество энергии. Энергия, излучаемая Солнцем, возникает в результате образования ядер гелия из сливающихся ядер водорода. На Земле ученые ищут способ осуществления управляемого ядерного синтеза с использованием небольших, поддающихся контролю масс ядерного материала.

Исследования в области управляемого термоядерного синтеза ведутся в двух основных направлениях. Одно из них – удержание плазмы магнитным полем, как бы в магнитной бутылке. Второе (метод инерционного удержания плазмы) – очень быстрое нагревание лучом мощного лазера (см. ЛАЗЕР) дейтерий-тритиевой крупинки (таблетки), вызывающее реакцию термоядерного синтеза в форме управляемого взрыва.

Энергия ядер дейтерия, содержащихся в 1 м 3 воды, равна примерно 3 ґ 10 12 Дж. Иначе говоря, 1 м 3 морской воды в принципе может дать столько же энергии, как и 200 т нефти-сырца. Таким образом, мировой океан представляет собой практически неограниченный источник энергии.

В настоящее время ни методом магнитного, ни методом инерционного удержания плазмы еще не удалось создать условия, необходимые для термоядерного синтеза. Хотя наука неуклонно движется по пути все более глубокого понимания основных принципов реализации обоих методов, пока нет оснований полагать, что термоядерный синтез начнет давать реальный вклад в энергетику ранее 2010.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

В последнее время исследуется ряд альтернативных источников энергии. Наиболее перспективным из них представляется солнечная энергия.

Солнечная энергия.

У солнечной энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собой нежелательных экологических последствий.

Однако использованию солнечной энергии мешает ряд трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.

Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.

Геотермальная энергия.

Основным недостатком геотермальной энергии является то, что ее ресурсы локализованы и ограничены, если изыскания не показывают наличия значительных залежей горячей породы или возможности бурения скважин до мантии. Существенного вклада этого ресурса в энергетику можно ожидать только в локальных географических зонах.

Гидроэнергия.

Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока.

Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт. В 1995 на гидроэнергетику приходилось около 7% электроэнергии, вырабатываемой в мире.

Гидроэнергия – один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.

Приливная энергетика.

Существуют приливные электростанции, в которых используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.

Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.

Ветроэнергетика.

Исследования, проведенные Национальной научной организацией США и НАСА, показали, что в США значительные количества ветроэнергии можно получать в районе Великих озер, на Восточном побережье и особенно на цепочке Алеутских островов. Максимальная расчетная мощность ветровых электростанций в этих областях может обеспечить 12% потребности США в электроэнергии в 2000. Крупнейшие ветроэлектростанции США расположены под Голдендейлом в штате Вашингтон, где каждый из трех генераторов (установленных на башнях высотой 60 м, с диаметром ветрового колеса, равным 90 м) дает 2,5 МВт электроэнергии. Проектируются системы на 4,0 МВт.

Твердые отходы и биомасса.

Примерно половину твердых отходов составляет вода. Легко собрать можно лишь 15% мусора. Самое большее, что могут дать твердые отходы, – это энергию, соответствующую примерно 3% потребляемой нефти и 6% природного газа. Следовательно, без радикальных улучшений в организации сбора твердых отходов они вряд ли дадут большой вклад в производство электроэнергии.

На биомассу – древесину и органические отходы – приходится около 14% полного потребления энергии в мире. Биомасса – обычное бытовое топливо во многих развивающихся странах.

Были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. В Бразилии сахарный тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.

Топливные элементы.

Топливные элементы как преобразователи химической энергии топлива в электроэнергию характеризуются более высоким КПД, нежели теплоэнергетические устройства, основанные на сжигании. Если КПД типичной электростанции, сжигающей топливо, не превышает примерно 40%, то КПД топливного элемента может достигать 85%. Правда, пока что топливные элементы относятся к дорогостоящим источникам электроэнергии.

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

Хотя в мире пока еще не ощущается нехватки энергоресурсов, в предстоящие два-три десятилетия возможны серьезные трудности, если не появятся альтернативные источники энергии или не будет ограничен рост ее потребления. Очевидна необходимость более рационального использования энергии. Имеется ряд предложений по повышению эффективности аккумулирования и транспортирования энергии, а также по более эффективному ее использованию в различных отраслях промышленности, на транспорте и в быту.

Аккумулирование энергии.

Нагрузка электростанций изменяется на протяжении суток; происходят также ее сезонные изменения. Эффективность работы электростанций можно повысить, если в периоды провала графиков энергетической нагрузки затрачивать излишек мощности на перекачку воды в большой резервуар. Затем в периоды пиковой нагрузки можно выпускать воду, заставляя ее вырабатывать на ГАЭС дополнительную электроэнергию.

Более широкое применение могло бы найти использование мощности базового режима электростанции для накачки сжатого воздуха в подземные полости. Турбины, работающие на сжатом воздухе, позволили бы экономить первичные энергоресурсы в периоды повышенной нагрузки.

Передача электроэнергии.

Большие энергетические потери связаны с передачей электроэнергии. Для их снижения расширяется использование линий передачи и распределительных сетей с повышенным уровнем напряжения. Альтернативное направление – сверхпроводящие линии электропередачи. Электросопротивление некоторых металлов падает до нуля при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. По сверхпроводящим кабелям можно было бы передавать мощности до 10 000 МВт, так что для обеспечения электроэнергией всего Нью-Йорка было бы достаточно одного кабеля диаметром 60 см. Установлено, что некоторые керамические материалы становятся сверхпроводящими при не очень низких температурах, достижимых с помощью обычной холодильной техники. Это удивительное открытие могло бы привести к важным новациям не только в области передачи электроэнергии, но и в области наземного транспорта, компьютерной техники и техники ядерных реакторов. См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

Водород как теплоноситель.

Водород – это легкий газ, но он превращается в жидкость при - 253 ° C. Теплотворная способность жидкого водорода в 2,75 раза больше, чем природного газа. У водорода имеется и экологическое преимущество перед природным газом: при сжигании в воздухе он дает в основном лишь пары воды.

Водород можно было бы без особых трудностей транспортировать по трубопроводам для природного газа. Можно также хранить его в жидком виде в криогенных резервуарах. Водород легко диффундирует в некоторые металлы, например титан. Его можно накапливать в таких металлах, а затем выделять, нагревая металл.

Магнитогидродинамика (МГД).

Это метод, позволяющий более эффективно использовать ископаемые энергоносители. Идея состоит в том, чтобы заменить медные токовые обмотки обычного машинного электрогенератора потоком ионизованного (проводящего) газа. Наибольший экономический эффект МГД-генераторы могут давать, вероятно, при сжигании угля. Поскольку в них нет движущихся механических частей, они могут работать при очень высоких температурах, а это обеспечивает высокий КПД. Теоретически КПД таких генераторов может достигать 50–60%, что означало бы до 20% экономии по сравнению с современными электростанциями на ископаемых энергоносителях. Кроме того, МГД-генераторы дают меньше сбросной теплоты.

Дополнительное их преимущество состоит в том, что они в меньшей степени загрязняли бы атмосферу выбросами газообразных оксидов азота и соединений серы. Поэтому МГД-электростанции могли бы, не загрязняя окружающей среды, работать на углях с повышенным содержанием серы.

Пределы потребления энергии.

Непрерывный рост потребления энергии не только ведет к истощению запасов энергоресурсов и загрязнению среды обитания, но и в конце концов может вызвать значительные изменения температуры и климата на Земле.

Энергия химических, ядерных и даже геотермальных источников в конечном счете превращается в тепло. Оно передается земной атмосфере и сдвигает равновесие в сторону более высокой температуры. При нынешних темпах роста численности населения и душевого потребления энергии к 2060 повышение температуры может составить 1 ° C. Это заметно скажется на климате.

Еще раньше климат может измениться из-за повышения содержания в атмосфере углекислого газа, образующегося при сгорании ископаемых топлив. См. также УГОЛЬ ИСКОПАЕМЫЙ; ТОПЛИВО; ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ; НЕФТЬ И ГАЗ; ГИДРОЭНЕРГЕТИКА.

Энергетические ресурсы СССР, тт. 1–2. М., 1968
Антропов П.Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. М., 1974
Одум Г., Одум Е. Энергетический базис человека и природы. М., 1978

Одной из самых мощных промышленных отраслей является энергетическая отрасль. Производство энергии связано с использованием различных природных ресурсов. Главным образом это ископаемое топливо, радиоактивные элементы и потенциальная энергия воды.

Тепловые электростанции. Львиная доля мирового производства электроэнергии принадлежит тепловым электростанциям (ТЭС), работающим на ископаемом органическом углероде. Топливо (уголь, мазут, газ, сланцы) сжигается в топках паровых котлов, где его химическая энергия превращается в тепловую энергию пара.

В паровой турбине энергия пара переходит в механическую, а затем в генераторе превращается в электрическую. Тепловой коэффициент полезного действия обычной ТЭС составляет 37-39 %. Это значит, что около 2/3 тепловой энергии в буквальном смысле слова вылетают в трубу, нанося при этом огромный вред обширному региону.

Тепловые электростанции потребляют огромное количество топлива. Так, ГРЭС* мощностью 1 млн кВт ежесуточно сжигает 17 800 т угля (6-7 большегрузных железнодорожных составов) и 2500 т мазута. Весь уголь перемалывается в угольную пыль и непрерывно подается в топки котлов, в котлы же в больших количествах (150 тыс. м 3 ) непрерывно поступает вода, к чистоте которой предъявляют весьма высокие требования. Пар, отработавший в паровых ту рбинах, охлаждаясь, превращается в воду и затем снова отправляется в котлы. На охлаждение ежесуточно расходуется более 7 млн м 3 воды, и при этом происходит тепловое загрязнение водоема-охладителя.

В последние годы было обнаружено, что радиационное загрязнение вокруг тепловой станции, работающей на угле, в среднем в 100 раз выше фона естественной радиации. Это связано с тем, что обычный уголь всегда содержит микропримеси урана-238, тория-232 и радиоактивный изотоп углерода. При работе ТЭС эти радионуклиды вместе с золой и другими продуктами сгорания поступают в атмосферу, почву и водоемы.

Гидроэлектростанции. Гидроэлектростанции (ГЭС) представляют собой наиболее простые устройства для получения электроэнергии. Энергоноситель — вода — поступает в турбину ГЭС из верхнего бьефа реки (водохранилища, созданного плотиной) и уходит в нижний бьеф. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ГЭС, в среднем в четыре раза ниже, чем у тепловых электростанций. Полные расчетные гидроресурсы рек планеты оцениваются в 1000 трлн кВт ч. Однако гидроресурсов, которые можно практически реализовать с помощью ГЭС, примерно в 30 раз меньше. По оценкам специалистов, даже при полном использовании потенциала всех рек планеты гидроэнергетика может обеспечить человечество электроэнергией не более чем на 25 %.

В настоящее время в разных странах гидроресурсы используются в разном объеме (см. таблицу).

Использование гидроресурсов

Из 25 самых мощных в мире гидроэлектростанций 7 находятся в странах СНГ. Крупнейшая в нашей стране ГЭС — Саяно-Шушенская (мощностью 6,4 млн кВт) — занимает по мощности 5-е место в мире, Братская ГЭС — 13-е. Наиболее крупные ГЭС находятся в Венесуэле (10,3 млн кВт) и в Бразилии (13,32 млн кВт).

Гидроэлектростанции можно разделить на две основные группы: построенные на равнинных и горных реках. В обоих случаях требуется строительство плотин, создающих необходимый напор воды и ее запас в водохранилище для обеспечения равномерной работы ГЭС в течение года.

При строительстве крупных ГЭС на равнинных реках возникает множество экологических проблем, связанных с нарушением естественной миграции рыб и их нерестилищ, с затоплением плодородных пойменных земель и т. д.

Сейчас воды великой русской реки вращают десятки турбин волжских ГЭС общей мощностью более 11 млн кВт. Река обеспечивает водой население Москвы и приволжских городов — в общей сложности более 60 млн человек.

Типичная АЭС мощностью 1 млн кВт за год производит не более 2 м 3 радиоактивных отходов. Общее количество отходов, образуемых на всех АЭС бывшего СССР, составляло ежегодно всего около 30 т.

Большую проблему представляет захоронение различных радиоактивных веществ, накопившихся входе многолетней наработки плутония для ядерного оружия. Этих отходов в сотни раз больше, чем при производстве ядерного топлива для всех АЭС.

Захоронение отходов — это помещение отходов под землю, в брошенные угольные шахты, соляные копи, специально подготовленные подземные полости, в глубочайшие впадины морского дна без возможности обратного извлечения, сброс отходов в океаны и моря в специальных контейнерах, а иногда даже и без них. С течением времени эти контейнеры могут быть подвержены коррозии или разрушены в результате землетрясений, и тогда ядовитые вещества попадут в окружающую среду. К сожалению, абсолютно безопасных методов захоронения отходов пока не найдено.

В нашей стране для связывания радиоактивных отходов достаточно широко используется метод кальцинации — остекловывания их в специальной вращающейся печи — кальцинаторе. Образующиеся при этом газы проходят специальную очистку.

К проблемам захоронения отходов примыкает проблема выработавших свой ресурс реакторов. Время начала их массового вывода из строя быстро приближается.

Эксплуатация АЭС связана с опасностью для окружающей природы и человека. В результате аварии на Чернобыльской АЭС пострадали сотни тысяч людей (особенно дети) не только вблизи Чернобыля, но и далеко за его пределами. Образовались радиоактивные пятна — места выпадения радиоактивного дождя. Выпадение радионуклидов обнаружено на территории Белоруссии, России, Австрии, ФРГ, Италии, Румынии, Польши, Швеции, Финляндии.

Катастрофа в Чернобыле показала, что потери при аварии на ядерном энергетическом реакторе на несколько порядков превышают потери при аварии на энергетической установке такой же мощности, использующей ископаемое топливо. При работе реакторов АЭС образуется около 250 различных радиоактивных изотопов, попадание которых в окружающую среду может привести к тяжелым последствиям: раковым заболеваниям, врожденным дефектам, ослаблению иммунной системы населения, проживающего вблизи ядерных установок. Поэтому при строительстве и эксплуатации АЭС надо уделять повышенное внимание очистке выбросов и отходов.

При решении вопроса о размещении АЭС необходимо учитывать множество факторов: потребность региона в электроэнергии, природные условия, наличие достаточного количества воды, плотность населения, вероятность возникновения землетрясений, наводнений, характеристику верхних и нижних слоев грунта, грунтовых вод и т. д.

Сегодня в мире идет неустанный поиск новых путей удовлетворения энергетических потребностей человечества. О них речь пойдет в следующем параграфе.

Практическая работа

Посадка деревьев и кустарников возле школы

Ознакомьтесь с территорией, которую вы собираетесь озеленить. Сделайте разметку территории с помощью шнура.
Если ваша школа находится неподалеку от дороги, то для снижения уровня шума пространство между дорогой и школой необходимо засадить тремя рядами лиственных деревьев (например, кленом остролистным, вязом обыкновенным, липой мелколистной, каштаном конским) и живой изгородью из кустарников (например, спиреи калинолистной, жимолости татарской, акации желтой, боярышника сибирского).
Деревья можно сажать на расстоянии 5-6 м друг от друга, между рядами — 5-7 м. Лучше их располагать в шахматном порядке.
Кустарники высаживают между деревьями (на расстоянии 1 м друг от друга) в ряд или двустрочно — на расстоянии 1 м в ряду и 0,5 м между рядами, в шахматном порядке.
Корневая шейка растения (место перехода корней в ствол) должна выступать над поверхностью на 3-4 см с таким расчетом, чтобы после оседания почвы она была на уровне земли. Для более правильного положения корневой шейки поперек ямы можно положить посадочную рейку (рис. 8).

После разметки выкапывают ямы такого размера, чтобы при посадке не пришлось сгибать корни. При выкапывании ям плодородный слой кладется отдельно — им будут засыпать корни растений. На дно ямы насыпают небольшой холмик плодородной земли, на котором расправляют корни растения. При засыпании ямы один человек удерживает деревце в вертикальном положении, чтобы не засыпать корневую шейку; а другой акку ратно присыпает.
Еще не заполнив до краев посадочную яму, деревце обильно поливают. Затем присыпают яму полностью, слегка уплотнив почву, чтобы не было пустот между корнями. Сверху досыпают земли и разрыхляют ее граблями. Этот слой поможет сохранить влагу в почве.
Большие саженцы (1,5-2 м и выше) для вертикальной фиксации можно привязать к кольям.

Не забывайте периодически поливать посаженные вами деревья и кустарники!

Основные понятия, термины

ТЭС, ГРЭС, ГЭС, АЭС, захоронение отходов, метод кальцинации.

Вопросы для самопроверки

Назовите достоинства и недостатки различных способов получения энергии.
Каковы основные современные тенденции развития мировой энергетики?
Какие способы экономии энергии вам известны?

* ГРЭС — государственная районная электростанция высокой мощности, вырабатывающая только электроэнергию.

В этом видеоуроке мы с вами поговорим об энергетике. Познакомимся с принципами работы тепловых электростанций, гидроэлектростанций и атомных электростанций. Рассмотрим достоинства и недостатки эксплуатации каждого вида электростанции.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Энергетика и энергоресурсы"

Прежде чем мы перейдём к изучению новой темы, давайте вспомним, что такое энергия и какие основные виды энергии бывают.

Энергия – это скалярная физическая величина, которая является единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Существует много классификаций энергии. Согласно одной из них, энергия бывает:

Энергетическая отрасль является одной из самых мощных промышленных отраслей. Производство энергии неразрывно связано с использованием различных природных ресурсов, из которых основными являются ископаемое топливо, радиоактивные элементы и потенциальная энергия воды.

Поговорим о производстве электроэнергии.

Больше всего электроэнергии производят тепловые электростанции (ТЭС).

Работают они на ископаемом органическом углероде. На тепловых электростанциях топливо сжигается в топках паровых котлов, а его химическая энергия превращается в тепловую энергию пара. В качестве топлива могут использоваться уголь, мазут, газ, сланцы.

В паровой турбине энергия пара переходит в механическую, а затем в генераторе превращается в электрическую.

Тепловой коэффициент полезного действия обычной ТЭС составляет от 37 % до 39 %. Это говорит о том, что две трети тепловой энергии в буквальном смысле вылетают в трубу и при этом наносят непоправимый вред обширному региону.

Несмотря на такой низкий тепловой коэффициент полезного действия, тепловые электростанции потребляют огромное количество топлива. Так, государственная районная электростанция высокой мощности, которая вырабатывает только электроэнергию мощностью 1 миллион киловатт, каждые сутки сжигает 17 800 тонн угля.

Но это ещё не всё. Помимо угля такая электростанция сжигает ежесуточно 2500 тонн мазута и большое количество воды. Весь уголь перемалывается в угольную пыль и непрерывно подаётся в топки котлов, в которых постоянно есть вода.

В сутки расходуется 150 тысяч кубов воды, к чистоте которой предъявляют очень высокие требования. Пар, который отработан в паровых турбинах, при охлаждении превращается в воду и опять поступает в котлы. Чтобы охладить пар, каждые сутки расходуется более 7 миллионов кубов воды, что приводит к загрязнению водоёма-охладителя.

Совсем недавно учёные обнаружили, что вокруг тепловой электростанции, которая работает на угле, радиационный фон в 100 раз выше фона естественной радиации. Почему так происходит? Дело в том, что в обычном угле всегда есть микропримеси урана 238, тория 232 и радиоактивный изотоп углерода.

Именно эти радионуклиды вместе с золой и другими продуктами сгорания попадают в атмосферу, почву и водоёмы.

Кроме ТЭС существуют ещё и гидроэлектростанции (ГЭС).

Это наиболее простой способ получения электроэнергии. В таких электростанциях энергию добывают из воды. Энергоноситель, то есть вода, поступает в турбину ГЭС из верхнего бьефа реки и уходит в нижний бьеф. Бьеф – это часть реки, канала, водохранилища или другого водного объекта, примыкающая к плотине или электростанции. Энергия, которая вырабатывается ГЭС, дешевле энергии, которую вырабатывает ТЭС, в среднем в 4 раза. Гидроресурсы всех рек на планете оцениваются в 1000 триллионов киловатт-час. Но практически с помощью ГЭС можно реализовать гидроресурсов в 30 раз меньше. Согласно оценкам специалистов, использование потенциала всех рек планеты позволит энергетике обеспечить человечество электроэнергией не более чем на 25 процентов.

Перед вами таблица, в которой показаны объёмы гидроресурсов, используемых в разных странах.

По данным таблицы видно, что самое большое количество гидроресурсов используется во Франции и Швейцарии – по 90 %, в то время как на Дальнем Востоке России используется только 5 % гидроресурсов.

7 из 25 самых мощных гидроэлектростанций располагаются в странах Содружества Независимых Государств. Самая крупная в России ГЭС – это Саяно-Шушенская.

Её мощность составляет 6,4 миллиона киловатт. В мире она занимает 5 место по мощности.

Братская ГЭС мощностью 4,5 миллиона киловатт занимает в списке крупнейших гидроэлектростанций 13 место.

Самая крупная гидроэлектростанция в мире находится в Китае. Её мощность составляет 22,5 миллиона киловатт.

Все гидроэлектростанции планеты делятся на две группы:

Но вне зависимости от того, где протекает река, необходимо строить плотины, которые будут создавать нужный напор воды и обеспечивать её запас в водохранилищах для равномерной работы ГЭС в течение года.

При строительстве гидроэлектростанций на равнинных реках возникает очень много экологических проблем. Они связаны с тем, что нарушается естественная миграция рыб и их нерестилищ. Затапливаются плодородные пойменные земли и так далее.

В России ярким примером такой проблемы является Волга, которая перегорожена целым каскадом плотин.

Общая мощность волжских гидроэлектростанций составляет 11 киловатт. Именно Волга обеспечивает водой население Москвы и приволжских городов. В общей сложности – около 60 миллионов человек.

Теперь давайте поговорим об атомных электростанциях (АЭС).

В реакторе атомной электростанции выделение тепловой энергии происходит за счёт высвобождения энергии связи нейтронов и протонов при делении ядер урана 235.

И это при том условии, что сжигается 1 грамм топлива. А если намного больше? Так, допустим, в случае, если тепловая электростанция мощностью один миллион киловатт за три года сжигает 250 000 вагонов угля, то атомная электростанция такой же мощности за этот срок сжигает всего 2 вагона ядерного топлива.

Если установка ГЭС требует наличия рек, то установка атомной электростанции возможна в любом месте, где имеется достаточно воды для охлаждения реактора, где нет серьёзной сейсмической опасности, осаждения грунта и угрозы разрушения здания АЭС в результате каких-либо внешних причин.

В среднем, атомная электростанция, мощность которой составляет 1 миллион киловатт в год, производит не более двух кубических метров радиоактивных отходов.

Самая большая проблема, которая возникает при строительстве атомных электростанций – это захоронение ядерных отходов.

Захоронение отходов – это помещение отходов под землю, в заброшенные угольные шахты, соляные копи, специально подготовленные подземные полости, в глубочайшие впадины морского дна без возможности обратного извлечения; сброс отходов в океаны и моря в специальных контейнерах, а иногда даже без них.

Проблема заключается в том, что с течением времени контейнеры, в которых хранятся отходы, ржавеют, или разрушаются в результате землетрясений, и тогда ядовитые вещества опять попадают в окружающую среду. На сегодняшний момент ещё не разработаны абсолютно безопасные методы захоронения отходов.

В России самым популярным методом захоронения является метод кальцинации. Отходы остекловывают в специальной вращающейся печке – кальцинаторе. Газы, которые при этом образуются, проходят специальную очистку.

Кроме проблемы захоронения отходов, возникает вопрос о том, что делать с реакторами, которые выработали свой ресурс.

Также использование атомных электростанций представляет угрозу для человека и окружающей среды. Все вы знаете об аварии на Чернобыльской атомной станции, в результате которой пострадали сотни тысяч людей, проживающих не только рядом с Чернобылем, но и далеко за его пределами. Данные события привели к образованию радиоактивных пятен – мест выпадения радиоактивного дождя. Такой дождь выпал на территории Беларуси, России, Австрии, Германии, Италии, Румынии, Польши, Швеции и Финляндии.

Посмотрите, как далеко эти страны находятся от Чернобыля, однако все они пострадали от аварии.

События, произошедшие на Чернобыльской АЭС, показали, что потери при аварии на ядерном энергетическом реакторе в несколько раз превышают потери от аварий на энергетической установке такой же мощности, которая работает на ископаемом топливе. При работе реакторов атомных электростанций в окружающую среду выделяется около 250 различных радиоактивных изотопов, что может привести к тяжёлым последствиям в виде раковых заболеваний, врождённых дефектов, ослабленного иммунитета у населения, проживающего рядом с реакторами. Именно для того, чтобы влияние такого плана на людей было минимальным, большое внимание при строительстве и эксплуатации атомных электростанций уделяется очистке выбросов и отходов.

Для того, чтобы принять решение о строительстве атомной электростанции, руководство стран должно учитывать очень много факторов. Перечислим только некоторые из них:

· Потребность региона в электроэнергии.

· Наличие достаточного количества воды.

· Вероятность возникновения землетрясений.

· Характеристика верхних и нижних слоёв грунта и так далее.

В настоящее время идёт поиск альтернативных источников энергии. О них мы поговорим на следующих уроках.

Подведём итоги.

Сегодня мы с вами говорили об энергетике. Познакомились с принципами работы тепловых электростанций, гидроэлектростанций и атомных электростанций. Рассмотрели достоинства и недостатки эксплуатации каждого вида электростанции.

Тепловые электростанции. Львиная доля мирового производства электроэнергии принадлежит тепловым электростанциям (ТЭС)_У работающим на ископаемом органическом углероде. Топливо (уголь, мазут, газ, сланцы) сжигается в топках паровых котлов, где его химическая энергия превращается в тепловую энергию пара.

В паровой турбине энергия пара переходит в механическую, а затем в генераторе превращается в электрическую. Тепловой коэффициент полезного действия обычной ТЭС составляет 37-39 %. Это значит, что около % тепловой энергии в буквальном смысле слова вылетают в трубу, нанося при этом огромный вред обширному региону.

Тепловые электростанции потребляют огромное количество топлива. Так, ГРЭС [1] мощностью 1 млн кВт ежесуточно сжигает 17 800 т угля (6-7 большегрузных железнодорожных составов) и 2500 т мазута. Весь уголь перемалывается в угольную пыль и непрерывно подается в топки котлов, в котлы же в больших количествах (150 тыс. м 3 ) непрерывно поступает вода, к чистоте которой предъявляют весьма высокие требования. Пар, отработавший в паровых турбинах, охлаждаясь, превращается в воду и затем снова отправляется в котлы. На охлаждение ежесуточно расходуется более 7 млн м 3 воды, и при этом происходит тепловое загрязнение водоема-охладителя.

Гидроэлектростанции.Гидроэлектростанции (ГЭС) представляют собой наиболее простые устройства для получения электроэнергии. Энергоноситель — вода — поступает в турбину ГЭС из верхнего бьефа реки (водохранилища, созданного плотиной) и уходит в нижний бьеф. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ГЭС, в среднем в четыре раза ниже, чем у тепловых электростанций. Полные расчетные гидроресурсы рек планеты оцениваются в 1000 трлн кВт-ч. Однако гидроресурсов, которые можно практически реализовать с помощью ГЭС, примерно в 30 раз меньше. По оценкам специалистов, даже при полном использовании потенциала всех рек планеты гидроэнергетика может обеспечить человечество электроэнергией не более чем на 25 %.

В настоящее время в разных странах гидроресурсы используются в разном объеме (см. таблицу).

Энергетика - это область хозяйственно-экономической деятельности, науки и техники, охватывающая энергетические ресурсы, производство, передачу, преобразование, аккумулирование и распределение различных видов энергии.

получение и концентрация энергетических ресурсов;
передача ресурсов к энергетическим установкам;
преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную;
передача вторичной энергии потребителям.

нефть - 31,5%,
уголь - 28%,
природный горючий газ - 22%,
биотопливо - 10%,
АЭС - 5,5%,
гидроэнергия - 2%,
прочие источники энергии - 1%.

Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданной энергетической системы (энергосистемы), которая представляет собой совокупность всех звеньев цепочки получения, преобразования, распределения и использования всех видов энергии, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии, т. е. источников энергоресурсов, электростанций, котлов, турбин, генераторов, бойлеров, линий электропередачи, трансформаторов и потребителей электрической энергии.
Ключевыми показателями деятельности энергосистемы являются установленная мощность электростанций (сумма паспортных мощностей всех генераторов электростанции, которая может меняться в процессе реконструкции действующих генераторов или установки нового оборудования), выработка электроэнергии (как правило, их единичная электрическая мощность бывает от 500 до 1000 и более МВт) и потребление электроэнергии.

Типы энергетики

Традиционная энергетика

Традиционная энергетика в начале 21 в. – основной поставщик электроэнергии в мире.
Ее получают на электростанциях (ТЭС, АЭС, ГЭС).

Нетрадиционная энергетика

А к нетрадиционной энергетике относятся возобновляемые источники энергии, включающие преобразование энергии солнечной радиации, внутренней теплоты Земли, энергии ветра, приливов; мини-ГЭС и микроГЭС; технологии получения биотоплива; магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), а также нетрадиционные технологии использования традиционных невозобновляемых источников энергии (топлив) – производство синтетического жидкого топлива, водоугольного топлива, технологии по переработке вторичных твердых бытовых отходов, новые энергетические установки или преобразователи (в т. ч. с прямым преобразованием) разных видов энергии в электрическую и тепловую, управляемый термоядерный синтез и др.

Читайте также: