Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
конспект по Экологии.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
388.61 Кб
Скачать

§ 10.5 Воздушные ресурсы

Атмосферный воздух является источником кислорода для дыхания и технологических процессов, углекислого газа для фотосинтеза он защищает живые существа от вредных космических излучений, регулирует климат, переносит воздушные пары по планете.

Воздух – среда обитания для летающих форм организмов, он влияет на плодородие почвы, служит источником химического сырья и энергии, принимает на себя газообразные и пылевые отходы промышленности и т.д.

Тема № 11 Производство энергии – проблемы и пути решения

§ 11.1 Топливо-энергетический комплекс

Основой развития современного общества является энергетика. От состояния топливно-энергетического комплекса (ТЭК) зависят темпы научно-технического прогресса (НТП), интенсивность производства и жизненный уровень населения.

Влияние на биосферу ТЭК:

  1. Возобновляемые источники энергии постоянно участвуют в биосфере и их использование не приводит к изменению теплового баланса Земли;

  2. Использование невозобновляемых источников приводит к дополнительному нагреву окружающей среды, помимо загрязнения вредными веществами.

По подсчетам ученых запасы энергетических ресурсов оцениваются следующим образом (см. табл. 11.1).

Таблица 11.1

Мировые запасы энергетического сырья, Q

Запасы

Уголь

Нефть

Природный газ

Уран

Дейтерий

Разведенные

17,7

3

2

3,7

-

Общие

266,0

16..20

10

4,5

19,0

Примечание: 1Q = ТУТ, 1ТУТ – 1 тонна условного топлива и равна 1 т каменного угля, 2,5 т бурого угля, 0,7 т нефти, и 770-850 м3 газа. Теплота сгорания 1 ТУТ составляет 29430 кДж/кг.

Мировые запасы делят на разведанные и геологические, которые рассчитаны с низком уровнем вероятности.

По прогнозам ученных, при сохранении современного темпа использования минерального топлива, запасы его будут исчерпаны через 130 лет. Сжигание минерального сырья и особенного нефти является нерациональным методом получения энергии (около 70% вырабатывают ТЭС).

§ 11.2 Экологическое влияние энергетики

  1. Экологическое влияние ТЭС

Производство электроэнергии на ТЭС сопровождается выделением большого количества тепла, и поэтому такие электростанции строятся вблизи городов для их теплоснабжения.

КПД генераторов достигло своей границы (40%) и дальнейшее увеличение до 60% возможно только при применении магнитно-гидродинамических (МГД) генераторов. Но такие генераторы еще не нашли широкого применения из-за недостаточно полного изучения их метода работы. И все же, несмотря на недостатки ТЭС, 70% всей энергии вырабатывается с помощью сжигания топлива, а это в свою очередь приводит к значительному загрязнению окружающей среды.

  1. Загрязнение атмосферы газообразными и пылевыми выбросами:

  • Углекислый газ (СО2), концентрация которого увеличивается на 0,25% год {увеличение СО2 в 2 раза приводит к увеличению температуры на 1,50С);

  • Оксиды серы и азота приводят к кислотным дождям;

  • Летучая зола, фтористые соединения, приводят к уменьшению концентрации озона.

  1. Радиоактивное загрязнение

Угольные породы содержат природные изотопы следующих элементов: радий-210, торий-232, калий-40, и др. Но до этих изотопов животный и растительный мир приспособился. Более опасным является применение АЭС.

  1. Тепловое загрязнение водоемов

При работе турбин, отработанный пар охлаждают водой. Поэтому от ТЭС непрерывно отходят потоки воды, нагретой до 8-12 0С и сбрасываемый в водоемы.

В результате подогрева воды происходит «цветение» воды, меняется физические свойства воды, ускоряется все химические и биологические процессы увеличивается РН

  1. Загрязнение земной поверхности силикатами и золою

Шлак, сажа и зола загрязняют с/х земли и водоемы, вызывают коррозию деталей машин. Особенно опасно для здоровья людей частицы неполного сгорания топлива, в которых содержаться канцерогенные вещества.

  1. Изъятие земли под карьеры и отвалы шлака

Открытый способ добычи угля является более рациональным с экономической точки зрения чем подземный. Поэтому карьеры занимают огромное пространство земли. Сотни гектаров земли занимают отвалы пустых пород угольных шахт, а также шлаков и золы о ТЄС.

2. Отчуждение земель под линии электропередач (ЛЭП)

Вокруг ЛЭП и другого электрооборудования возникает электромагнитное поле. Его напряженность тем больше, чем выше передаваемая с помощью ЛЭП напряжение (современный ЛЭП мощностью до млн. киловатт имеют напряжение 500 КВ.)

Длительное действие на организм человека или животного электромагнитного поля вызывает негативное последствие.

Электромагнитное поле вызывает колебание молекул в клетках организма, что приводит к выделению тепла, и в результате организм разогревается изнутри, что очень опасно.

Меры борьбы:

Санитарная зона под ЛЭП - 2-3 км. (1,5 млн. КВ), разработка новых способов передачи энергии на расстоянии.

3. Экологическое влияние АЭС

Этапы получения энергии с помощью АЭС (16% всей энергии)

  1. Стадия добычи угля на урановых рудниках. Огромные отвалы пустых пород, которые обладают слабой радиоокативностью.

  2. Обогащение урановых руд.

  3. Использование топлива в ядерных реакторах.

  4. Транспортировка

  5. Обработка и захоронение радиоактивных отходов.

По подсчетам 1 блок АЭС работает 30-40 лет, а затем требует полной консервации. Причем затраты на закрытие АЭС сопоставимы с ее строительством.

4.Экологическое влияние ГЭС

С помощью ГЭС вырабатывается до 20% всех энергии в мире.

Преимущество ГЭС перед ТЭС:

  • совсем не засоряют воздух вредными веществами

  • ГЭС в энергосистеме более эффективно используется для снятие пиковых нагрузок

  • Улучшение судоходства

Недостатки:

  • строительство ГЭС на равнине приводит к затоплению большой территории (Днепровский каскад 7 тыс. км2 )

  • изменение уровня грунтовых вод, обвалы берегов, заболачивание территорий

  • изменение гидрологического режима рек, слабая самоочистка и водообмен, «цветение» вод

  • рыбы отрезаны от мест нереста, много рыб гибнет в лопастях турбин.

Методы борьбы:

Создаются мини ГЭС в которых генератор сконструирован вместе с турбиной (отпадает необходимость в плотине).

Мощность 100-500 Кватт достаточное для фермы, малого предприятия и т.д.

Установка на малых реках в труднодоступных местах (для подвода ЛЭП). Строительство ГЭС в горных районах.

6.4.Нетрадиционные виды энергии.

К альтернативным видам энергии относят в основном:

Энергию ветра, солнечную энергию и геотермальную.

Ученые оценивают запасы альтернативной энергии следующим образом.

Вид энергии

Значения Q

Ветер

0,4

Морские волны

0,03..0,08

Морские приливы

0,08..0,2

Тепло океана

0,08

Тепло земли

0,2

Солнечная энергия

2000

  1. Энергия ветра

По расчетам ученых общий ветровой потенциал Земли в 30 раз превышает годовое потребление электроэнергии в мире.

Для нормальной работы ветровых двигателей необходимо чтобы скорость ветра была более 6-8 м/с в среднем за год. Устанавливается на побережье морей и океанов, степи, тундре, горах. В Украине возможна установка в Крыму, Карпатах, Южные степные зоны.

Во время работы ВЭС окружающая среда не подвергается загрязнению. Единственное отрицательное влияние – низкочастотный шум ветряков, а также случайная гибель птиц, которые случайно попадают в лопасти ветродвигателей.

В Украине первая ВЭС была построена в 1931 году вблизи Севастополя ее мощность 100 КВатт и обеспечила город на 10 лет. (Юрий Кондратк). В перспектива Крымский полуостров: можно установить 30 тыс. ВЭС на Арабатской стрелке общей мощностью 3 млн. Кватт экономически чистой энергии

  1. Энергия морей и океанов.

Мировой океан содержит огромнейший энергетический потенциал:

  1. Энергия солнца, накопленная океанской водой; энергия морских течений, волн, прибоя, разность температур.

  2. Энергия притяжения Луны и Солнца – морские приливы и отливы

  • Первая электростанция, которая использовала энергию морских волн, была построена в 1970 в г. Берген (Норвегия) мощностью 350 КВатт и обеспечивала энергией 100 домов селения (принцип действия: в специальном буе – поплавке под действием волн колеблется уровень воды это приводит к сжатию воздуха, который двигает турбину, при этом метровая волна дает 30 КВатт энергии).

  • На разнице температур.

В тропической зоне разница температур составляет 220С.

В специальный теплообменник закачиваевается насосами холодная глубинная вода и нагретая солнцем вода. Рабочий агент (фреон) поочередно испаряется и переходит в жидкое состояние в разных частях теплообменника. Пар фреона двигает турбину генератора. Подобная установка работает на тихоокеанском острове Фауро и вырабатывает 100 Кватт энергии.

  • Разработаны и действуют электростанции которые используют энергию морских приливов. Строительство выгодно там, где прилив бывает самым сильным (залив Фанды 17 м, пролив Ла-Манш – 15 м. , Пенжинскайский залив Охотского моря –13 м. и.т. д.

В настоящее время работают несколько приливных станций: в устьи реки Роне на побережье Ла-Манша (Франция) мощностью 240 Кватт и Кислогубская в Кольском заливе (Россия) мощностью 400 КВатт.

Работа данных электростанций не загрязняет окружающую среду так как они только преобразуют энергию ветра и приливов в другую форму энергии.

  1. Энергия подземного тепла

Как известно при увеличении глубины увеличивается температура 300С на 1 км. За оценками ученых в земной коре на глубине 7-10 км. Аккумулируется тепло общее количество которого в 5 тыс. раз больше теплоемкости всех видов ископаемого топлива. Теоретически 1 тепла, которое содержится в земной коре на глубине 5 км. хватило бы на 4 тыс. лет.

Лучше всего используется геотермальная энергия Исландии и Камчатки. Сорок лет Рейкьявик полностью отапливается подземным теплом. В Украине: Карпаты и Крым.

Недостатки – минерализованая оборотная вода.

  1. Энергия Солнца.

Солнце является самым мощным источником экологически чистой энергии. На каждый квадратный метр поверхности земной атмосферы падает 1300 Ватт солнечной энергии. Но часть ее отражается в космос, часть рассеивается в атмосфере. Наибольшая интенсивность солнечной энергии на экваторе. До 2300 КВтч/м2 за год, для Украины (450 северной широты) примерно 190 КВтч на м2 При это 3,5% солнечной энергии может обеспечить человечество на неограниченное время. Существует несколько направлений использования солнечной энергии:

  • Получение электроэнергии

  • Бытовое тепло

  • Высокотемпературное тепло в промышленности

  • На транспорте

Методы

  1. Непосредственное преобразование солнечных лучей в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических генераторов (солнечных батарей). Кремниевые батареи имеют КПД 18-20%, а селит-галиевые – до 23%. Сейчас американские ученые разрабатывают двухкаскадные генераторы с КПД до 40% (космические станции: 10КВт с площади 100м2) энергия солнечных батарей используется в ретрансляторах, навигационных маяках и т.д.

Создание крупных солнечных электростанций сдерживается их большой стоимостью, но в перспективе их стоимость будет снижаться, а себестоимость электроэнергии от ТЭС и АЭС увеличиваться.

  1. Использование теплового действия солнечных лучей (паротурбины, термоионные и термоэлектрические генераторы.)

Экспериментальные станции возле Керчи (1200 КВт.). В центре окружности диаметром 500 метров установлена 70 м. башня с парогенератором на вершине. Башню окружают 1600 гелиостатов движущихся зеркал 5*5 м. отслеживая солнца (с помощью ЭВМ) гелиостаты нагревают воду в парогенераторе башни до температуры 300 0С. Пар двигает турбину с генератором.

Разработаны солнечные дома (США, Туркменистан, Узбекистан). Стены и крыши покрыты специальными коллекторами тепла (температура = 950С). Планируется установка в США до 2020 г. до 35% домов.

Солнечную энергию также можно использовать в транспорте. В 1982 г. автомобиль на солнечных батареях проехал Австралию с Запада на Восток и прошел расстояние около 4 тыс. км со скоростью 30 км/ч.

  1. Биоэнергетические технологии.

Вокруг городов образуется огромное количество отходов, которые занимают тысячи гектаров земель и отравляют воду и воздух (техногенное месторождение).

Существует ряд технологий по переработки этих отходов в энергию:

  1. Сжигание отходов в специальных заводах, получая тепло и электроэнергию, но этот метод сопровождается загрязнением атмосферы.

  2. Биотехнологический метод – используют метанобактерии, которые активно развиваются в органических отходах и образуют биогаз – смесь метана (70%) и угарного газа (30%). Теплоемкость одного кубического метра газа соответствует 600-800 гр. антрацита. Причем тонна органических отходов дает 500 м3 газа. Например, одна корова может обеспечить электрическим освещением небольшое помещение в течении года (10 тыс. часов) за счет использования газа, добытого из его навоза. В Китае 8 млн. установок производящих 720 млн. м3 в год. Остатки брожения – удобрение, содержит азот, фосфор, калий и др. микроэлементы. [1]

Тема № 12. Основы мониторинга окружающей природной среды