География 9 класс pdf

реке Парана (12,6), Гранд-Кули в США на реке Колумбия (10,8), Гури в Венесуэле на реке Карони (10,3 млн кВт). Крупнейшие ГЭС в Рос- сии–Саяно-Шушенская–6,4млн.кВт(послеавариив2009г.ГЭСна- ходится в стадии восстановления), Красноярская (6,0 млн кВт), Братская (4,5 млн кВт).

На долю ГЭС приходится около 20% мирового производства электроэнергии. Наиболее велика доля ГЭС в производстве электроэнергиивНорвегиииТаджикистане(более95%),Бразилии(более80),Суринаме (75), Колумбии (70), Австрии, Швейцарии (около 60), Канаде, Перу (более 50%).

Более полно энергию одного и того же водного потока используют каскады ГЭС – группы электростанций, сооруженных последовательно на одной реке. Например, на Украине можно выделить каскад на Днепре, включающий Днепровскую (Запорожье), Каховскую, Днепродзержинскую, Кременчугскую, Каневскую, Киевскую ГЭС.

В горных районах строятся высоконапорные русловые и деривационные ГЭС. Они с лихвой компенсируют недостаточность расхода воды большим ее падением, что позволяет существенно увеличить мощность установки.

В отличие от плотинной ГЭС, гидроаккумулирующие электри-

ческие станции (ГАЭС) имеют два водохранилища, а не одно. Уровень одного водохранилища обычно на несколько десятков метров выше другого. Оба водохранилища сообщаются между собой трубопроводами. Работа ГАЭС основана на перемещении одного и того же объемаводымеждуверхниминижнимбассейнами.Когдапотребление электроэнергии невелико (в ночное время, в выходные дни), гидронасосы, получая электроэнергию от других электростанций (например, тепловых), перекачивают воду из нижнего водохранилища в верхний бассейн(аккумулирующееводохранилище).Припиковом(максимальном) потреблении (в разгар рабочего времени, в вечернее время) гидроагрегат ГАЭС начинает работать как обычная плотинная ГЭС. Он приводится в действие водой, поступающей из верхнего бассейна.

Основная функция ГАЭС – покрытие пиковых потребностей. Поэтому их часто размещают вблизи крупных городов. Например, крупнейшая ГАЭС России (Загорская, 1,2 млн кВт) размещена в поселке Богородское Сергиево-Посадского района Московской обл.

Атомная электроэнергетика. Атомный цикл. Включает добычу и обогащение урановых руд, изготовление тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), производство электроэнергии на АЭС, переработку и захоронение отходов ядерного топлива. Атомная электростанция (АЭС) – это комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путем использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции. Наряду с АЭС, в странах современного мира действуют атомные теплоэлектроцент-

231

рали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию, атомные станции теплоснабжения (АСТ), вырабатываю-

щие только тепловую энергию.

Основой АЭС является ядерный реактор, в котором происходит управляемая реакция деления ядерного топлива с образованием огромного количества тепла, и теплообменник, в котором приносимое отреакторатеплонепрерывнопередаетсяводе.Реакторитеплообменник на АЭС заменяют котельные установки паротурбинной ТЭС.

ЯдернымтопливомдляАЭСслужатуран-235иплутоний-239.Плу- тоний-239 получают искусственным путем в результате воздействия нейтронами, выделяющимися при расщеплении ядер атомов U-235, на ядра атомов U-238. Этот процесс происходит в ядерном реакторе на быстрых нейтронах (РБН) – бридере.

При правильной эксплуатации и отсутствии аварий АЭС – наиболее экологически чистые источники электрической энергии. Они не дымят и не выбрасывают в атмосферу продукты горения (серу, сажу). При использовании ядерного топлива не образуется зола и шлак, как на ТЭС, использующих уголь. Достоинством АЭС является незначи- тельныйобъемпервичноготоплива.Прираспаде1тU-235выделяется количество теплоты, эквивалентное сгоранию 250–300 тыс. т качественного каменного угля. Как следствие, АЭС значительно разгружают транспорт. Например, для работы Ленинградской АЭС (мощность 4 млн кВт) необходимо всего несколько вагонов с урановым топливом в год. Для ТЭС аналогичной мощности потребовалось бы около 200 тыс. вагонов с топливом.

Запасы урана сосредоточены в основном в Австралии, Казахстане, России, Канаде, ЮАР, Украине. Значительными месторождениями урановых руд располагают США, Нигер, Намибия, Франция. Ведущие места в мире по добыче урановых руд занимают Канада, Австралия, Казахстан, Россия, Намибия, Нигер, Узбекистан, США. В 2007 г. в Канаде было добыто 9476 т урана, в Австралии – 8611 т, в Казахста-

не – 6637 т.

География АЭС. Суммарная мощность АЭС в начале XXI в. превышала 360 тыс. МВт, более 90% которых сосредоточены в США, Франции, Японии, России, Германии, Республике Корея, Канаде, Великобритании, Китае (включая Тайвань), Украине, Швеции, Испании, Бельгии. В 2008 г. в мире на АЭС действовало более 440 энергоблоков. Из них в США функционировало 103, во Франции – 59, в Японии – 55, в Великобритании – 23. В России на 10 действующих АЭС эксплуатировался 31 энергоблок.

Крупнейшие атомно-энергетические комплексы – «Фукусима» в Японии, включающая 10 энергоблоков общей мощностью около 9 млн кВт(послеземлетрясенияицунами2011г.находитсявстадииреконструкции), «Брус» в канадской провинции Онтарио (7 млн кВт), «Грав-

232

лин» на северном побережье Франции (5,5 млн кВт). Самые мощные российские АЭС – «Ленинградская» (4,0 млн кВт), Балаковская (3,8 млн кВт) и Курская (3,7 млн кВт).

Доля АЭС в мировом производстве электроэнергии до начала 90-х годовпостоянноувеличивалась,достигнувмаксимумав1993г.Вдальнейшем она несколько уменьшилась (табл. 10). Несмотря на сокращение доли, устойчиво растет абсолютное производство электроэнергии на АЭС – с 85,4 млрд кВт в 1970 г. до 2500 млрд кВт в начале XXI в.

До 2009 г. наиболее высокая доля электроэнергии, выпущенной на АЭС, была в Литве (80%). В стране действовала одна АЭС – Игналинская, которая была закрыта 31 декабря 2009 г. Среди других стран по этому показателю выделяются Франция (более ¾), Словакия, Бельгия (более ½), Украина, Словения, Швеция (более 40%).

АЭС ориентированы прежде всего на потребителей, расположенных в районах с отсутствием или большим дефицитом минерального топлива и гидроэнергии. Сильно влияет на размещение АЭС необходимость обеспечения радиационной безопасности. Поэтому их размещают на расстоянии 30–50 км от крупных городов. Например, Ленинградская АЭС размещена в г. Сосновый Бор, Курская АЭС – в г. Курчатове, Запорожская – в г. Энергодаре. Район размещения АЭС должен быть сейсмически безопасным. АЭС характеризуются высоким водопотреблением, что обусловливает их привязку к крупным водоемам.

АЭС сложны в эксплуатации. К персоналу АЭС предъявляются особые требования. Эксплуатируемые в настоящее время атомные реакторы характеризуются недостаточной надежностью, что обусловливает возможность аварий, сопровождаемых радиоактивными выбросами. Аварии сводят на нет все преимущества атомных станций и могут привести к крупным экологическим катастрофам. Крупнейшая авария на Чернобыльской АЭС (26 апреля 1986 г.) вывела из хозяйственного оборота тысячи км² территории, нанесла непоправимый вред здоровью миллионов людей. Последствия аварии на АЭС «Фукусима» (2011 г.) еще предстоит оценить.

ИспользуемоенаАЭСядерноетопливооченьопасно,требуетсложных и дорогих мер по переработке и хранению. Существенные проблемы связаны с утилизацией отработавшего ядерного топлива, консервацией АЭС и утилизацией оборудования после завершения срока

Таблица 10

Доля АЭС в мировом производстве электроэнергии

233

эксплуатации и демонтажа. Земля, на которой была размещена АЭС или в пределах которой произошла авария, выводится из хозяйственного оборота на несколько десятилетий. Перспективы развития АЭС остаются недостаточно ясными и во многом зависят от способности ученых к усовершенствовнию атомных технологий и повышению безопасности реакторов.

Для содействия мирному использованию атомной энергии в составе ООН в 1957 г. в качестве специализированной организации создано Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), членами которой являются более 130 стран. МАГАТЭ способствует развитию ядерной энергетики и применению радиоактивных изотопов в медицинских и прочих мирных целях, разрабатывает стандарты, гарантирующие защиту людей и окружающей среды от действия опасных факторов ядерной энергетики.

Альтернативные возобновляемые источники энергии. Ученые предполагают, что в обозримой перспективе все большее значение бу-

дут приобретать возобновляемые источники энергии (ВИЭ), запа-

сы которых восполняются естественным образом и которые являются практически неисчерпаемыми. Это, в первую очередь, солнечная, ветровая, геотермальная, приливная энергия, энергия водных потоков и биомассы. Недостатком большинства ВИЭ является их малая природная плотность. Большинство из них не регулируемы и сильно изменчивы во времени.

Суммарная мощность энергоустановок на ВИЭ, действующих в мире, составляет около 4% от мощности всех энергоустановок. Доля возобновляемых источников (без гидроэнергетики) в суммарном производстве электроэнергии в мире составляет менее 1%.

Наиболее «старыми» источниками альтернативной энергии являются ветровая и солнечная.

Среди совремнных ВИЭ можно выделить также геотермальные и приливные.

Геотермальная электростанция (ГеоТЭС) – тепловая электро-

станция, использующая тепло горячих источников и гейзеров. Строительство геотермальных электростанций привязано к сейсмичным зонам Земли, где можно использовать тепло земных недр и подземных вод. Это, в первую очередь, страны Центральной Америки (Мексика, Никарагуа, Сальвадор), США (долина реки Гейзеров), Восточной и Юго-Восточной Азии (Индонезия, Китай, Филиппины), Исландия, Италия, Кения, Новая Зеландия, Россия (Камчатка), Япония.

Приливные электростанции (ПЭС) используют энергию напо-

ра, который создается между морем и отсеченным от него заливом во время прилива или отлива. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы

234

водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Наиболее мощная ПЭС (240 МВт)была пущенав 1966г. воФранции в устье реки Ранс, впадающей вЛа-Манш,гдесредняяамплитудаприливовсоставляет8,4м.В1968г. на побережье Баренцева моря вступила в строй опытно-промышлен- ная Кислогубская ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью по 400 кВт.

Производство электроэнергии. Производство электроэнергии в мире увеличивается более высокими темпами, чем производство других энергоносителей, в результате чего растет доля электроэнергии в общем энергопотреблении. За 1950–2008 гг. мировое производство электроэнергии увеличилось с 965 до 20269 млрд кВт·ч (в 21 раз), а производство электроэнергии на одного жителя – с 381 до 3003 кВт·ч (в 7,9 раз). Ведущие места по производству электроэнергии занимают крупные высокоразвитые и развивающиеся страны, а также Китай

(табл. 11).

Передача электрической энергии. Переменный электрический ток напряжением в несколько сот вольт, вырабатываемый в генераторах на электростанции, направляется на трансформатор (повышающий), где он преобразуется в ток напряжением 200-300-750-1150-1500 тыс. вольт (кВ). Затем он поступает на высоковольтную линию электропередачи (ЛЭП). В районах потребления при помощи понижающих

235

трансформаторов напряжение электроэнергии уменьшается до бытовых (220 В) или промышленных норм (380 В) и по распределительным подстанциям подается потребителям.

Объединенные электроэнергетические системы – это группы электростанций разных типов, объединенных ЛЭП высокого напряженияиуправляемыхизодногоцентра.Присовместнойработевэлектроэнергосистеме для каждой электростанции можно выбрать наиболее оптимальный режим нагрузки, который соответствует ее особенностям. Мощные КЭС и АЭС ориентированы в основном на покрытие базовой нагрузки. Они действуют в постоянном режиме. Отчасти эти функции выполняют ГЭС (без регулирования) и ТЭЦ (в зимний период, когда графики потребления теплоты и электроэнергии совпадают). Пиковую нагрузку обычно берут на себя ГЭС, особенно ГАЭС.

Вэлектроэнергосистемах, которые распространяют свое влияние на районы с разным поясным временем, а также с неодинаковой продолжительностью светового дня, появляется возможность широко маневрировать производством электроэнергии как во времени, так и

впространстве. Несовпадение пиковых нагрузок в отдельных частях подобных энергосистем позволяет по мере необходимости «перебрасывать» электроэнергию во встречных направлениях с запада на восток и с севера на юг (например, в России, где в одном регионе ночь и минимум потребления, а в другом – вечер и пик потребления).

Электроэнергосистемы увеличивают надежность электроснабжения.Вслучаеавариинаоднойизэлектростанцийилиееостановкидля ремонта другие станции, увеличивая свою выработку, компенсируют нехватку энергии из-за временно выбывшего звена энергосистемы.

ВРоссии насчитывается более 70 крупных электроэнергетических систем, которые объединены в региональные системы (Центральная, Уральская, Сибирская и др.).

Электроэнергетический баланс. В электроэнергетике разрабаты-

вается несколько видов балансов.

1.Электробаланс,отражающийсоотношениемеждуосновнымивидами первичных источников энергии, используемых для производства электроэнергии. В качестве первичных источников в мировой электроэнергетике используются уголь (40%), природный газ (19%), гидро- и атомная энергия – по 16%, нефтепродукты – 7%, прочие энергоносители (горючие сланцы, торф) – 2%. ВИЭ составляют мизерную долю (менее 0,1%).

2.Электрический баланс, отражающий соотношение между основными типами электростанций в суммарном производстве электроэнергии. В начале XXI в. в мире основной объем производства электроэнергии приходился на тепловые электростанции – около 63%, в том числе на долю ТЭС, работающих на угле – 37%, природном газе –

236

16%, мазуте – 10%). На долю ГЭС приходилось 19%, АЭС – 17%, другие типы станций – 1%.

Доля ТЭС высока в производстве электроэнергии в Австралии, Индии, Китае, Польше, Сингапуре, Туркменистане, ЮАР, ГЭС – в Бразилии, Канаде, Норвегии, Парагвае, Таджикистане, АЭС – во Франции, Бельгии(табл.12).ВРоссиидоляТЭСв2009г.составила65,7%,ГЭС–

17,8%, АЭС – 16,5%.

Таблица 12

Производство электроэнергии на электрических станциях разного типа в 2008 г.

Вопросы и задания по электроэнергетике

1.Почему электроэнергетика относится к отраслям, определяющим

НТП?

2.Какие последствия может иметь строительство ГЭС на равнинной

реке?

3.Почему в Западной Европе велика доля АЭС, а в Латинской Америке – доля ГЭС?

237

4.Чем обусловлен незначительный экспорт электроэнергии из Индии, Ки-

тая?

5.Как вы думаете, почему Австралия, Индонезия, Филиппины, Япония не экспортируют и не импортируют электрическую энергию?

6.Для каких целей создаются объединенные электроэнергетические системы?

7.Заполните таблицу «Преимущества и недостатки отдельных видов электростанций». Основное внимание обратите на такие показатели, как стоимость и продолжительность строительства, себестоимость производства электроэнергии, устойчивость работы, воздействие на окружающую среду.

3.6. Топливно-энергетический баланс

Понятие об условном топливе. Качество топлива зависит в пер-

вую очередь от его теплотворной способности (каллорийности), ко-

торая отражает количество энергии, выделяющееся при сжигании 1 кг (1 т) топлива. Для сравнения теплотворной способности различных видовтопливаиспользуютусловноетопливо(у.т.)–1кгтоплива,при сжигании которого выделяется 7000 ккал, или 8,15 кВт∙ч. Так как эта величина равна количеству тепла, которое выделяется при сжигании 1 кг каменного угля, «условное топливо» часто называют «угольным эквивалентом». Для перевода физического топлива в условное применяют коэффициенты теплотворной способности, на которые умножается количество физического топлива (табл. 13).

238

Условное топливо используется для расчета общих (суммарных) энергетических ресурсов, для определения доли отдельных видов топлива в общих ресурсах, а также для составления топливно-энергети- ческого баланса.

Топливно-энергетический баланс (ТЭБ) составляют для оценки общего объема энергопотребления, степени самообеспечения стран энергоносителями, необходимости их импорта или возможности экспорта, а также для анализа основных направлений распределения энергоносителей.

ТЭБ отражает соотношение между ресурсами первичных энергоносителей и их распределением. Его обычно составляют по итогам календарногогода.Ресурсыэнергоносителейформируютсязасчетдобычи и производства первичных энергоносителей (угля, нефти, природного газа, горючих сланцев, торфа, заготовки дров), их импорта и запасов на начало года. Распределительная часть включает потребление энергоносителей для производственных нужд, в сфере услуг и в бытовом секторе, экспорт и запасы на конец года. В процессе перемещения и потребления возникают потери энергоресурсов, которые отражаются в распределительной части ТЭБ (табл. 14).

Таблица 14

Для составления ТЭБ все виды натурального топлива пересчитывают в условное топливо, используя коэффициенты теплотворной способности.

ТЭБ также может отражать соотношение между видами производимых и потребляемых в хозяйстве региона, страны, группы стран или мира в целом первичных энергоносителей. За всю историю человечества в энергопотреблении преобладало органическое топливо. В первой половине XIX в. главное место в топливно-энергетическом балансе мира занимало древесное топливо. Во второй половине века его постепенно вытесняет уголь (58% суммарного потребления энергоносителей в 1900 г.), однако роль дров оставалась еще значительной. На рубеже веков в качестве топлива начинают использовать нефть и природный газ, но их доля в суммарном энергопотреблении составляла лишь около 3%.

239

Между двумя мировыми войнами существенно возросла доля нефти. После Второй мировой войны началось масштабное использование природного газа. До начала 60-х годов XX в. ведущее место в топливно-энергетическом балансе мира сохранял уголь. С середины 60-х годов и до настоящего времени на первом месте в общем потреблении первичных энергоресурсов находится нефть (табл. 15).

Таблица 15

Изменение структуры топливно-энергетического баланса мира в 1940–2005 гг., %

*Безнекоммерческихвидовтоплива(дров,биомассы,отходовгородскогохозяйства). В экономически развитых странах их доля не превышает 1%, в то время как в Буркина Фасо, Танзании, Уганде, Мали, Эфиопии, Непале, Камбодже, Гаити – более

90%.

Объем и структура потребления энергоносителей существенно различаются по регионам и странам. Например, в России основную роль

вТЭБ играют природный газ и нефть, в Австралии – уголь и нефть,

вНорвегии – нефть и гидроэнергия, во Франции – нефть и атомная энергия, в странах ОПЕК – нефть (в некоторых нефть и газ). В ТЭБ Украины доля угля составляет 75%, природного газа – 18–19%, нефти и нефтепродуктов – 3–4%, урана – 0,5%, торфа – 0,4%.

Факторы и динамика потребления энергоносителей

Потребление энергоносителей определяется:

1)уровнем развития экономики. Чем выше уровень развития страны, тем больше общее потребление энергии и меньше удельное энер-

гопотребление и энерговооруженность труда;

2)географическим положением, климатом регионов. Очевидно, что территории, расположенные в северных широтах (большая часть России, Финляндии, Скандинавских стран, Канады, Аляски), потребляют больше энергии, чем регионы, расположенные в южной части умеренного пояса, в субтропическом, тропическом, субэкваториальном и экваториальном поясах;

3)наличием, созданием или закрытием энергоемких производств.

Встранах, где высока доля энергоемких производств (металлургии,

тепловой электроэнергетики), значительно выше энергопотребление;

240