Безопасность жизнедеятельности человека. Учебник

Гидроэнергетика – наиболее развитая область энергетики, основанная на возобновляемых ресурсах с использованием энергии потока воды рек, движущейся под действием силы тяжести с более высоких мест земли в более низкие. Превращение потенциальной энергии воды в электрическую производится на гидроэлектростанциях (ГЭС).

Внастоящее время в Республике Беларусь работает 28 малых ГЭС с суммарной мощностью 16,1 МВт. Намечено восстановить 10 действующих и построить 35 новых микро-ГЭС.

Потенциальная мощность всех водотоков Республики Беларусь составляет 850 МВт, в том числе технически доступных – 520 МВт, экологически целесообразных – 250 МВт.

Внастоящее время строительство малых ГЭС в Республике Беларусь вновь ведется активными темпами.

Преимуществами ГЭС являются:

 использование возобновляемой энергии;  дешевая электроэнергия: ее себестоимость более чем в 2 раза

ниже, чем на тепловой электростанции (ТЭС);  работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу;

 относительно быстрый (тепловая электроцентраль (ТЭЦ / ТЭС)) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции;

 водохранилища ГЭС улучшают режим судоходства;  смягчение климата вблизи крупных водохранилищ.

Однако ГЭС имеют и недостатки, к которым можно отнести следующие:

 при строительстве ГЭС происходит затопление пахотных земель;  строительство ГЭС требует создания шлюзов для перевода

судов с одного бьефа на другой;  строительство ГЭС более капиталоемкое, чем ТЭС;

 плотины ГЭС перекрывают путь к нерестилищам проходных видов рыб, что приводит к снижению рыбных ресурсов.

Ветроэнергетика – получение механической энергии от ветра с последующим преобразованием ее в электрическую. Использование ветроэнергетических установок для производства электрической энергии – наиболее эффективный способ утилизации энергии ветра.

Устройства, преобразующие энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую энергию, называются

ветроэнергетическими.

Имеются ветровые двигатели с вертикальной и горизонтальной осью вращения.

141

Ориентиром в определении технического потенциала Республики Беларусь могут служить официальные оценки возможной доли ветроэнергетики в сложившейся структуре электропотребления таких стран, как Великобритания и Германия. Доля ветроэнергетики в этих странах оценена в 20%. В Дании, например, стоимость 1 кВт/ч электроэнергии, произведенной на ветроэнергетическом устройстве (ВЭУ), дешевле, чем на ТЭЦ.

На территории нашей страны имеется 1840 площадок для размещения ВЭУ с теоретически возможным энергетическим потенциалом 1600 МВт и годовой выработкой электроэнергии 6,5 млрд кВт/ч.

В отличие от ископаемого топлива энергия ветра неисчерпаема, доступна и более экологична. Так, ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 т углекислого газа , 9 т диоксида серы, 4 т оксидов азота.

По оценкам ученых, к 2050 г. мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 млр т.

Ветроэнергетическое устройство продуцирует низкочастотные вибрации, которые вызывают ощутимый дребезг стекол домов. Поэтому минимальное расстояние от ВЭУ до жилых домов должно составлять не менее 300 м.

Гелиоэнергетика – область науки и техники, использующая энергию Солнца с помощью различных устройств для преобразования энергии солнечной радиации в другие, удобные для использования виды энергии (например, тепловую и электрическую энергию). Солнечная энергия – наиболее экологически чистый источник энергии.

Солнечная электростанция представляет собой сооружение из множества солнечных коллекторов, ориентирующихся на Солнце. Каждый коллектор передает солнечную энергию теплоносителю – жидкости, которая, превратившись в пар, от всех коллекторов собирается в центральной энергостанции и поступает на турбину энергогенератора.

Воздухонагреватель представляет собой приемник, в котором имеется пористая или шероховатая черная поглощающая тепло поверхность, нагревающая поступающий воздух, который затем подается к потребителю.

Солнечный коллектор включает приемник, поглощающий солнечную энергию, и концентратор – оптическую систему, собирающую солнечное излучение и направляющую его на приемник. Концентратор представляет собой зеркало параболической формы, в фокусе которого располагается приемник излучения. Он постоянно вращается, обеспечивая ориентацию на Солнце.

142

Главная причина, сдерживающая использование солнечных батарей, – их высокая стоимость.

Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии – примерно 4,5 дол. за 1 Вт мощности, что в 6 раз дороже энергии, получаемой путем сжигания топлива. Несмотря на это, с начала 1990-х гг. темпы роста гелиоэнергетики составляют 6% в год, в то время как мировое потребление нефти растет на 1,5% в год.

При благоприятных экономических и производственных условиях можно рассчитывать, что за счет использования солнечной энергии возможно замещение около 5 тыс. т у. т. в год органического топлива.

Геотермия – раздел геофизики, изучающий тепловые процессы и тепловые свойства веществ в земной коре и Земле в целом.

Геотермальные ресурсы возобновляемые и имеются на всей территории Беларуси. К началу 2018 г. в Республике Беларуси строительство геотермальных установок на базе тепловых насосов приблизилось к 100. Около 10 теплонасосных установок небольшой мощности работали на базе водозаборных скважин глубиной до 100 м. Они обеспечивали сезонное отопление ряда зданий.

В 2009 г. введена в работу геотермальная установка на гребном канале в Гомеле. Также введена в эксплуатацию геотермальная станция, которая добывает горячую воду на парниково-теплич- ном комбинате «Берестье» с глубины 1500 м и обеспечивает теплом не только тепличное хозяйство площадью 18 га, но и близлежащие жилые дома.

Биоэнергетика – энергетика, основанная на использовании биотоплива, включающая использование растительных отходов, искусственное выращивание биомассы и получение биогаза.

Под термином «биомасса» подразумеваются любые материалы биологического происхождения (водоросли, быстрорастущие деревья), продукты жизнедеятельности и отходы органического происхождения.

Биогаз получают путем микробиологического анаэробного разложения органических веществ растительного и животного происхождения. На 50–80% он состоит из метана и на 50–20% – из углекислого газа. Теплотворная способность биогаза в среднем составляет 5500–6000 ккал/м3.

Источники биомассы, характерные для нашей республики, можно разделить на несколько основных групп:

 продукты естественной вегетации (древесина, древесные отходы, торф, листья и т.п.);

143

 отходы жизнедеятельности людей, включая производственную деятельность (твердые бытовые отходы, отходы промышленного производства и др.);

 отходы сельскохозяйственного производства (навоз, куриный помет, стебли, ботва и т.д.);

 специально выращиваемые высокоурожайные агрокультуры и растения.

Получение товарного биогаза от всех источников оценивается в 160 тыс. т у. т. в год.

Другие виды нетрадиционной энергетики. В Беларуси в последние годы начали использовать и другие виды нетрадиционных ТЭР:

 биодизельное топливо БТ-5, представляющее собой смесь нефтяного дизельного топлива с добавкой этанола рапсового масла;  биогаз, получаемый на биогазовых установках, построенных на птицефабриках в Брестском, Минском и Гомельском районах;  лигнин-отход Речицкого опытного гидролизно-дрожжевого и Бобруйского гидролизного заводов в качестве топлива на ТЭЦ

в Речице, Бобруйске и Осиповичах;  добыча газа на свалках бытовых отходов;

 турбодетандерные установки для выработки электроэнергии в местах перепада давления на трубопроводном транспорте и на ТЭЦ;  тепло отработанного газа (Белорусский цементный завод,

Витебский телезавод);  отработавшие свой срок шины автотранспортных средств

для выработки тепла на цементных заводах и др.

Весьма перспективное направление – использование местного сырья, и прежде всего отходов деревообработки, соломы для производства тепловых брикетов и гранул.

Поиск нетрадиционных видов источников получения энергии ведется во многих странах мира. Разрабатываются способы получения солнечной энергии на специальных геостационарных спутниках Земли с узконаправленной передачей энергии на наземные приемники.

Перспективна также морская энергетика, базирующаяся на энергии приливов и отливов.

Ученые работают над освоением управляемой термоядерной реакции синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия. При таком соединении выделяется громадное количество энергии, гораздо большее, чем при делении ядер урана.

Важнейшая задача, стоящая перед энергетикой, – создание эффективных и энергосберегающих систем передачи энергии.

144

Наиболее эффективный способ – значительное (в 3–8 раз) увеличение мощности магистральных и распределительных сетей, которое может быть достигнуто путем замены традиционных силовых кабелей сверхпроводящими. Однако практическое применение индустриальных сверхпроводящих кабелей еще очень мало.

8.4. Перспективыразвитиямировойэнергетики

Надежное и безопасное энергосбережение – основополагающее условие жизнедеятельности и развития общества. В последнее время мировое потребление энергии стало соизмеримо с запасами горючих ископаемых – базой современной энергетики.

Если запасы угля в количественном отношении не вызывают тревоги, то перспективы истощения нефтяных пластов и в меньшей мере природного газа заставляют задуматься о последствиях.

Втечение 2000–2020 гг. мировой спрос на первичные энергоносители увеличился на 50%, что составляет 90% общемирового использования энергоносителей.

Прогнозируя мировое потребление первичных энергоносителей, Международное энергетическое агентство (МЭА) отмечает следующее.

1. Главным видом топлива в общем энергопотреблении останется нефть. По состоянию на начало 2017 г. общие запасы мировой нефти составили 1706,8 млрд баррелей. Рейтинг стран по запасам разведанной нефти выглядит следующим образом. Наибольшие ресурсы – 17,6%, или 300,9 млрд баррелей, сосредоточены в Венесуэле. Далее с 266,5 млрд баррелей (15,6%) следует Саудовская Аравия, Канада с 171,5 млрд (10%), Иран – 158,4 млрд (9,3%), Ирак – 153 млрд (9%), Россия – 109,5 млрд (6,4%), Кувейт – 101,5 млрд (5,9%), ОАЭ – 97,8 млрд (5,7%). Остальные страны, включая США и Ливию, располагают 347,7 млрд баррелями нефти (20,5%).

2. Природного газа на планете значительно больше, чем нефти. Запасы газа оцениваются примерно в 350 трлн м3, в том числе разведано 136 трлн м3.

Широкому применению газа будут способствовать его экологические преимущества, выражающиеся в значительно меньшем по сравнению с нефтью и углем объеме выбросов вредных веществ в атмосферу.

Вмире есть еще богатый источник природного газа – газогидраты, или соединения метана с водой. Они залегают под океаном

145

ив толщах вечной мерзлоты, а при обычных давлениях и температуре быстро разлагаются. Технология добычи газа из-под дна океана или слоя вечной мерзлоты без серьезного ущерба для окружающей среды пока не разработана.

3.Мировой спрос на уголь будет расти более низкими темпами, чем общее потребление первичных энергоносителей. В результате доля этого вида топлива к 2020 г. снизилась с 26 до 24%. Более 2/3 мировых потребностей в угле обеспечивают Китай и Индия, располагающие значительными его запасами и имеющие перспективы резкого роста внутреннего спроса на электроэнергию.

4.Мировое потребление гидроэнергии возрасло к 2020 г. более чем на 5%, при этом свыше 80% прироста пришлось на развивающиеся страны.

5.Использование других возобновляемых источников энергии

(геотермальная, солнечная, ветровая, приливов волн, производимая на базе биомассы и отходов) растет наиболее высокими темпами (в среднем на 2,8% в год). Однако их удельный вес в мировом энергопотреблении к 2020 г. возрос лишь с 2 до 3%.

6.Производство электроэнергии в мире растет в среднем на 2,7% в год, и доля электроэнергетики в общем объеме использования первичных энергоносителей в мире составляет до 38%.

К 2020 г. в мире возведено новых электрогенерирующих мощностей в объеме примерно 3000 ГВт, из них более половины – в развивающихся странах, главным образом в Азии.

7.Единственный реальный в настоящее время и не имеющий серьезных ограничений в обозримом будущем источник энергии – атомная энергетика. Запасы урана достаточно велики, и атомной энергии хватит еще надолго.

Доля атомной электростанции (АЭС) в суммарной выработке электроэнергии – около 12% (в США – 20%, в Великобритании – 19, в ФРГ – 34, в Бельгии – 65, во Франции – свыше 76%). Планировалось, что удельный вес АЭС в производстве электроэнергии достигнет в СССР в 1990 г. 20%, фактически было достигнуто только 12,3%.

История ядерной энергетики охватывает период более полувека, и за это время она уже стала традиционной отраслью энергетики. В настоящее время 31 страна эксплуатирует атомные электростанции.

Подавляющее большинство АЭС находится в странах Европы, Северной Америки, Дальневосточной Азии и на территории бывшего СССР, в то время как в Африке их почти нет, а в Австралии

иОкеании их нет вообще.

146

Доля выработки электроэнергии на АЭС в некоторых странах достигает больших значений, например, в 13 странах она превышает 30%. Вместе с тем в некоторых странах доля атомной энергетики в энергобалансе незначительна. Так, Китай является одним из лидеров по установленной мощности, однако АЭС дают около 2,5% электричества страны. Мировым лидером по установленной мощности является США, однако ядерная энергетика составляет лишь 20% в общем энергобалансе этой страны. Мировым лидером по доле в общей выработке является Франция (второе место по установленной мощности), в которой ядерная энергетика считается национальным приоритетом – 77%.

Китай осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, также значительные программы имеют Индия, Россия, Южная Корея и в меньшей мере еще около полутора десятка стран мира. На первые три страны приходится чуть больше половины строящихся реакторов.

В то же время в мире существуют противоположные тенденции стагнации и даже отказа от ядерной энергетики. Как некоторые лидеры атомной энергетики (США, Франция, Япония), так и некоторые другие страны закрыли ряд АЭС. Италия стала единственной страной, закрывшей все имевшиеся АЭС и полностью отказавшейся от ядерной энергетики. Бельгия, Германия, Испания, Швейцария осуществляют долгосрочную политику по отказу от ядерной энергетики. Азербайджан, Грузия, Литва, Казахстан отказались от ядерной энергетики во многом по причине распада

СССР, причем на территории двух последних стран уже действовали АЭС, построенные в рамках единой советской энергетики. Австрия, Куба, Ливия, КНДР, Польша по политическим, экономическим или техническим причинам остановили свои ядерные программы перед пуском своих первых АЭС, начатых строительством, хотя две последние страны планируют строить АЭС вновь. Ранее отказывалась от атомной энергетики Армения, однако затем ее единственная АЭС была пущена в эксплуатацию вновь. Имеющие АЭС Нидерланды, Тайвань, Швеция планировали отказаться от атомной энергетики, хотя пока приостановили такие мероприятия. Также имели ранее, но отказались от программ развития атомной энергетики, не имевшие АЭС Австралия, Гана, Греция, Дания, Ирландия, Латвия, Лихтенштейн, Люксембург, Малайзия, Мальта, Новая Зеландия, Норвегия, Португалия, Филиппины.

147

Практически не исчерпаемым и сравнительно дешевым источником энергии является управляемый термоядерный синтез. И человечество близко к этой цели. Научная проблема получения этого вида энергии решена. Есть доказательства, что к 2050 г. на термоядерных станциях Земли будет вырабатываться несколько сотен гигаватт электроэнергии. (Для сравнения: 200 ГВт – это мощность всех электростанций России.)

Следует также упомянуть о химическом элементе гелий-3, запасов которого на Земле мало. А на Луне его по самым скромным подсчетам хватит почти на 100 тыс. лет. Перспективы с использованием гелия-3, доставленного на Землю с Луны, – головокружительные.

Контрольные вопросы и задания

1.Что понимается под энергетическими ресурсами?

2.Назовите исчерпаемые и неисчерпаемые энергетические ресурсы.

3.Назовите возобновляемые и невозобновляемые ресурсы.

4.Что понимается под условным топливом?

5.Дайте краткую характеристику собственных запасов горючих полезных ископаемых, находящихся на территории Республики Беларусь.

6.Назовите виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии, имеющих практическое значение для Беларуси.

7.Какими местными видами топлива обладает наша республика?

8.Что такое традиционная энергетика? Дайте ее характеристику.

9.Что такое нетрадиционная энергетика? Дайте ее характеристику.

10.Что включают нетрадиционные возобновляемые источники энергии?

11.Назовите перспективы развития мировой энергетики.

ГЛАВА 9. ТРАНСПОРТИРОВКА ЭНЕРГИИ

9.1. Транспортировкапервичныхэнергоресурсов итеплоты

В большинстве случаев источники первичных энергоресурсов не совмещены с потребителем, поэтому требуется их транспортировка. Транспортировка топлива осуществляется с помощью наземного или водного транспорта и по трубопроводам.

148

Топливо перевозят в твердом или жидком агрегатном состоянии. Твердое топливо, если оно обладает большими значениями теплоты сгорания и плотности, целесообразно перевозить на большие расстояния железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. К такому топливу относятся высококачественные каменные угли. Древесину как топливо транспортировать более чем на несколько десятков километров невыгодно.

В настоящее время большое распространение получили жидкие и газообразные энергоносители (природный газ, нефть): их удобно транспортировать по трубопроводам.

Основные потребители тепловой энергии – промышленные предприятия и жилищно-коммунальное хозяйство. Для производственных и коммунальных потребителей тепловая энергия нужна в виде пара либо горячей воды.

Комплекс устройств по выработке, транспортировке и использованию теплоты называется системой теплоснабжения.

Системы теплоснабжения могут быть децентрализованными (местными) и централизованными.

Децентрализованные системы теплоснабжения – системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях. Потеря тепла практически отсутствует.

Централизованные системы теплоснабжения – системы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих зданий, кварталов, районов, промышленных предприятий.

Транспортировка тепловой энергии от источника до потребителей производится с помощью систем теплоснабжения, которые включают источник, тепловую сеть и потребителей.

Наиболее распространенными источниками теплоснабжения являются энергетические установки: ТЭЦ, котельные и атомные станции теплоснабжения.

Тепловая сеть включает систему трубопроводов, по которым теплоноситель (горячая вода и пар) переносит теплоту от источника к потребителям, которая снова возвращается к источнику.

Потребителями теплоты являются промышленные и комму- нально-бытовые предприятия, жилые, общественные и административные здания.

Транспортировка теплоты осуществляется с помощью теплопроводов, которые включают:

149

 стальную трубу для транспортировки энергоносителя;  тепловую изоляцию;  защитный кожух из пластмассы.

Из теплопроводов формируется тепловая сеть, связывающая источники энергии с потребителями.

Суммарная длина тепловой сети в однотрубном исчислении в Республике Беларусь составляет свыше 10 тыс. км.

При транспортировке теплоты имеются потери в окружающую среду, величина которых зависит как от качества тепловой изоляции теплопроводов, так и от температуры окружающей среды. В отдельных случаях эти потери достигают 50%.

Для уменьшения потерь, а следовательно, и для экономии энергоносителей можно рекомендовать следующее:

 применять тепловоды с высокими теплоизоляционными свойствами;

 понижать уровень температур теплоносителя без ущерба для потребителя;

 при возможности заменять технологический пар горячей водой;  ликвидировать утечки теплоносителя;  использовать гибкие системы регулирования отпуска и рас-

пределения теплоты.

Важным направлением экономии тепла считается разумная степень децентрализации теплоснабжения, что означает строительство новых теплоисточников, работающих на газе и приближенных к потребителю тепла, или переход на автономные источники теплоснабжения. Такие мероприятия позволяют:

 уменьшить до 40% потери тепла;  сократить до 15% потери тепла за счет более полного соот-

ветствия режимов производства тепла и его потребления;  сократить затраты на теплоснабжение в сравнении с затра-

тами, необходимыми для строительства, обслуживания и ремонта новых теплосетей, ремонта действующих сетей;

 снизить потери энергии по причине аварийности в системах теплоснабжения (статистика свидетельствует, что 90% аварий происходит в тепловых сетях, а не на ТЭЦ и в котельных).

В Республике Беларусь децентрализация теплоснабжения осуществляется путем перехода к автономным системам, использования встроенных и пристроенных к зданию котельных, автоматизированных местных блочных или блок-модульных котельных полной заводской готовности, крышных котельных.

150