3й курс (Арх) / Лекции / Тема VII. Природні ресурси.Альтернативні джерела енергії

"Країна льодовиків", Ісландія, ефективно використовує гідротермальну енергію своїх надр: відомо понад 700 термальних джерел, які виходять на земну поверхню. Близько 60 % населення користується геотермальними водами для обігріву житлових приміщень, а у найближчому майбутньому планується довести цей показник до 80 %.

Столиця країни - Рейк'явік - протягом останніх 40-50 років повністю опалюється підземним теплом.

Перше місце з вироблення електроенергії з гарячих гідротермальних джерел посідає США. У долині Великих Гейзерів (штат Каліфорнія) знаходиться одна з найпотужніших у світі ГеоТЕС потужністю 1400 МВт. У штаті Нью-Мексико станція працює за такою схемою: температура скельних порід на глибині 4 км сягає 185 °С. Вода, яка закачується насосами через свердловину, нагрівається і вже у вигляді пари з температурою 150 °С повертається на поверхню, де обертає турбіни електростанції і таким чином живить електроенергією селище з двотисячним населенням, а відпрацьована гаряча вода подається в систему центрального опалення.

Значні запаси геотермальних вод є й в Україні - на Закарпатті, у Криму, а також у Львівській, Донецькій, Запорізькій, Луганській, Полтавській, Харківській, Херсонській, Чернігівській та інших областях. Ці запаси вже сьогодні рентабельно використовують не тільки для теплопостачання різних споживачів, а й для виробництва електроенергії. Розвиток геотермальної енергетики в Україні визначається наявністю значних ресурсів геотермальної енергії, які за своїм тепловим еквівалентом перевищують запаси традиційного енергетичного палива.

Як і будь-яке інше джерело енергії, використання геотермальної енергії має певні переваги і недоліки.

Тому порівняно з іншими способами отримання енергії геотермія має таку значну перевагу: вона завжди наявна незалежно від часу дня і пори року або кліматичних умов.

Ще однією перевагою є те, що немає необхідності створювати дорогі транспортні системи, оскільки геотермію можна знайти безпосередньо на місці. Також за рахунок запобігання традиційному процесу горіння немає прямих викидів вуглекислого газу; незначні викиди можливі тільки внаслідок застосування електроагрегатів.

Недоліками геотермальної енергії є:

-низька термодинамічна якість;

-необхідність використання тепла біля місця видобування;

-вартість спорудження свердловин, що зростає зі збільшенням глибини буріння.

Також це джерело енергії характеризується певним впливом на природне середовище - в атмосферу надходить додаткова кількість розчинених у підземних водах сполук сірки, бору, миш'яку, аміаку, ртуті; водяна пара, що викидається, збільшує вологість; процес супроводжується акустичним ефектом; може відбуватися опускання земної поверхні, а також засолення земель.

21

3.5. Енергія води (гідроенергія)

Спадання води здавна використовувалось для обертання лопатних коліс і турбін. Вода була першим джерелом енергії, а першою машиною, за допомогою якої людина використовувала енергію води, була примітивна водяна турбіна.

Вода, яку ще у стародавні часи використовували для виконання механічної роботи, досі залишається хорошим джерелом енергії, тепер вже електричної. Енергія падаючої води, що обертає водяне колесо, служила безпосередньо для розмелювання зерна, розпилювання деревини і виробництва тканин. Однак млини і лісопильні на річках стали зникати, коли у 30-х роках XIX ст. почалося виробництво електроенергії з водоспадів.

На сучасній гідроелектростанції (ГЕС) маса води з великою швидкістю спрямовується на лопатки турбін. Вода тече через захисну сітку і регульований затвор сталевим трубопроводом до турбіни, над якою встановлений генератор. Механічна енергія води за допомогою турбіни передається генератору і там перетворюється в електричну. Після цього вода стікає в річку через тунель, що поступово розширюється, втрачаючи при цьому свою швидкість.

Україна: Після теплових та атомних електростанцій гідроелектростанції (ГЕС) посідають третє місце в енергетичному комплексі України. Сумарна встановлена потужність ГЕС України нині становить 8% від загальної потужності об'єднаної енергетичної системи країни.

Основні каскади гідроелектростанцій — Дніпровський каскад (Київська (м. Вишгород), Канівська (м. Канів), Кременчуцька (м. Світловодськ), Середньодніпровська (м. Кам'янське), Дніпровська (м. Запоріжжя), Каховська (м. Нова Каховка)) і Дністровський каскад. Найбільша з них — Дніпровська ГЕС потужністю 1569 МВт.

Дністровський каскад ГЕС — комплекс ГЕС і ГАЕС у річковому басейні Дністра (входить 4 ГЕС).

Спорудження гідростанцій коштує дорого, і вони вимагають значних експлуатаційних витрат, зате їх "паливо" безкоштовне і йому не загрожує жодна інфляція.

Переваги використання гідроенергетики:

-використання відновлюваної енергії;

-є дуже дешевою електроенергія;

-робота не супроводжується шкідливими викидами в атмосферу;

-швидкий (щодо ТЕЦ / ТЕС) вихід на режим видачі робочої потужності після включення станції.

Недоліки використання гідроенергетики:

-затоплення орних земель;

-будівництво ведеться там, де є великі запаси енергії води;

-на гірських річках небезпечно через високу сейсмічность районів;

22

- скорочені і нерегульовані попуски води з водосховищ по 10-15 днів призводять до перебудови унікальних заплавних екосистем по всьому руслу річок, як наслідок, забруднення річок, скорочення трофічних ланцюгів, зниження чисельності риб, елімінація безхребетних водних тварин, підвищення агресивності компонентів гнусу (мошки) через недоїдання на личинкових стадіях, зникнення місць гніздування багатьох видів перелітних птахів, недостатнє зволоження заплавній ґрунту, негативні рослинні сукцесії (збіднення фітомаси), скорочення потоку біогенних речовин в океани.

3.6. Енергія морів і океанів

Енергія припливів

Під впливом Місяця та Сонця в океанах і морях збуджуються припливи, які спричинюють періодичні коливання рівня води при її горизонтальному переміщенні. Відповідно енергія припливів складається з потенційної енергії води та кінетичної енергії хвиль.

Припливи - результат гравітаційного притягання великих мас води океанів Місяцем і, меншою мірою, Сонцем. При обертанні Землі частина води океану піднімається і якийсь час утримується в цьому положенні гравітаційним притяганням. Під час припливу максимальний рівень підйому води досягає суші. Подальше обертання Землі послаблює вплив Місяця на цю частину океану, і приплив спадає. Припливи і відпливи повторюються двічі на добу, хоча точний час їх настання змінюється залежно від сезону і положення Місяця.

Найвищі і найсильніші припливні хвилі виникають у невеликих і вузьких затоках або гирлах річок, що впадають у моря і океани.

Спорудження ПЕС пов'язано з великими труднощами. Перш за все енергія залежать від характеру припливів, на які неможливо впливати, оскільки вони визначаються астрономічними чинниками.

Нині ПЕС побудовані і вже років 20-25 успішно працюють на трьох континентах: промислова Ране на узбережжі Ла-Маншу (Франція) потужністю 240 МВт, дослідні - Кислогубська у Кольській затоці (Росія) потужністю 400 кВт, Цзянсян потужністю 3,2 МВт (Китай) та Аннаполіс потужністю 20 МВт (Канада).

Як же працює ПЕС? На річці будується гребля для затримки вод високого припливу. Коли припливні води відступають, затримана греблею вода випускається в океан через грушоподібні турбіни під греблею, і виробляється електроенергія. Електроенергію можна виробляти як при відпливі, так і при припливі. Припливна хвиля затримується за греблею в результаті відкриття ряду донних затворів, що дозволяє їй рухатися нагору річкою у напрямку джерела. Затвори закривають тоді, коли приплив досягає найвищого рівня, а потім, по мірі відпливу, воді, замкненій за греблею, дозволяють стікати до моря

23

через турбіни. При низькому рівні води, тобто при відпливі, велика частина цієї води спускається. Коли припливні води знов надходять, то зупиняються перед закритими затворами, рівень води з боку моря перевищує її рівень на боці греблі, зверненої до суші. Після того, як буде досягнутий достатній напір, воді дозволяють текти нагору річкою, проходячи через турбіни, і знову виробляти електрику. Таким чином, енергія виробляється і за рахунок відпливу, і за рахунок припливу.

Недоліки:

•непостійність.

•Фізичні наслідки виявляються після впливу на природне середовище припливних басейнів, коли з боку моря на ПЕС відбуваються певні фізичні зміни. Навіть якщо амплітуда припливу збільшується усього на 30 см, це може призвести до вторгнення морської води у прибережні колодязі і створити загрозу для будівель, розташованих поблизу верхньої позначки припливу. Можливе також прискорення берегової ерозії, а низинні ділянки, включаючи дороги, будуть затоплюватися, коли шторми і припливи діятимуть одночасно. Берегова смуга стане майже непридатною для використання через більш високі припливи.

•Біологічні наслідки. У воді припливної зони мешкає фітопланктон - діатомові водорості, які переміщуються з водою припливів. Припливна енергія здатна змінити стійкий баланс між видами, що формують угруповання припливної зони. Поява ПЕС може не тільки вплинути на місцеві угруповання,

ай завдати шкоди мігруючим видам, які проходитимуть через турбіни електростанції. Перелітні птахи, що годуються на солоних маршах, такі як побережники і сивки, ймовірно, будуть знаходити менше їжі в приливному басейні за електростанцією, оскільки організми гинутимуть при проході через турбіну.

•великі витрати капіталу на спорудження ПЕС.

24