Вопросы к госэкзамену по дисциплине «Экологические проблемы энергетики и энергосбережение» в 2012 году.

1. Энергетика человека – развитие, этапы. Изменение воздействия на окружающую среду.

2. Тепловые воздействия на окружающую среду антропогенной деятельности.

3. Нефть как природный ресурс. Особенности ее экономического использования и воздействия на окружающую среду при переработке и использованию. Запасы и динамика использования нефти в Белоруси.

4. Характеристика газа как природного ресурса. Особенности его экономического использования и воздействия на окружающую среду при переработке и использованию. Запасы и динамика использования.

5. Характеристика угля как природного ресурса. Особенности его экономического использования и воздействия на окружающую среду при переработке и использованию. Запасы и динамика использования.

6. Классификации возобновляемых источников энергии. Потенциал и экологические преимущества использования источников ВИЭ в Белоруси.

7. Биомасса как источник энергии. Потенциал и экологический эффект использования биомассы как источника энергии.

8. Нормативно-правовая база Республики Беларусь в области рационального использования ресурсов и энергосбережения. Международные соглашения, договоры и программы в области возобновляемой энергетики и снижения воздействия на окружающую среду при использовании энергоносителей.

Заведующий кафедрой В.А. Пашинский

энергоэффективных технологий

04.05.2012 г.

1. Энергетика человека – развитие, этапы. Изменение воздействия на окружающую среду.

Человечество любую свою деятельность должно соизмерять с возможностями биосферы. Тем не менее, в атмосферу, в океан, во внутренние воды, в поверхностные слои земной коры продолжают выбрасываться млн. тонн экологически вредных отходов

Особенно важна сегодня проблема загрязнения среды промышленными и бытовыми отходами (углекислый газ, оксид углерода, различные соединения серы, хлора, азота и др.), которые являются токсичными для живых организмов. Загрязняется среда и комплексом химических препаратов, которые используются для борьбы с сорными растениями и вредителями – пестицидами, минеральными удобрениями, тяжелыми металлами, другими отходами сельского хозяйства и промышленности.

Модель теплового баланса экосистемы планеты Земля

Древний человек рационально использовал энергии 2500 ккал/день (1ккал=0,00163кВтּч)=4,07кВтּч.≈4,1кВтּч. Это – отопление жилища, приготовление пищи, примитивное производство орудий труда и охоты. В год – около 1 млн. ккал или 1,2 тыс. кВтּч.

С ущербом, наносимой природе от пожаров, чрезмерного уничтожения животных потребление человеком энергии увеличилось десятикратно до 10 млн. ккал или 12 тыс. кВтּч.

Численность человечества 20 тыс. лет назад составляла около 5 млн., 2 тыс. лет назад – около 200 млн., в 1650 г. не ниже 500 млн., в 1950г. - 2,4 млрд. человек, в 2000г. – 6 млрд. человек. Одновременно росли расходы энергии одним среднестатистическим человеком.

Понимание динамики освоения топливных энергоресурсов и энергопотребления, начиная от начальной стадии предистории человечества и до современного состояния энергетики, выявляет возможности перестроения структуры энергии пользования на более экономные режимы

Наши древние сородичи, кучкуясь у костра, «лучины» или камелька, даже предположить не могли, что через пару-три тысячи лет привычные «дровишки» (поз.0), вслед за ростом населения, совершенствованием орудий труда, преобразования оружия и войнами, сопутствующим ростом населения и городов к концу 19-го столетия преобразуются в основную энергетическую силу мануфактур с, примитивным по теперешним понятиям, механическим, а затем электрическим приводом, обогревом производственных помещений и жилища горячей водой, освещением светильным (генераторным) газом (поз.1,2,3). Причем на всем протяжении истории, начиная с примитивных парусных лодок и мельниц до мощнейших гидро- и ветроэлектрических станций, человечество, несмотря на коньюнктурное воздействие, активно использует энергию напора воды и ветра.

Структура преобразования топливных ресурсов в энергию пользования

• - добыча топливных ископаемых (сланцы не включены);

- порядок изменения интенсивности преобразования топливных ресурсов в топливо и другие компоненты;

- последовательность преобразования топливных ресурсов к видам пользования;

* - компоненты химического производства, в том числе – жидкого топлива и горюче-смазочных материалов (ГСМ);

- печное; - ограниченное пользование;

подчеркнуто – конечный продукт преобразования и использования топлива

- отопление и освещение

• - отопление

В условиях исторического развития на этом фоне и только на определенном историческом этапе - «научно-технического прогресса» человечество от древнего «костра» смогло в настоящее время достигнуть желаемого энергетического результата, освоив продукцию древних биосфер, законсервированную в земной коре в виде месторождений угля, нефти и других полезных ископаемых (преимущественно горючих).

За последние 200 лет потребление невосполнимых ресурсных запасов современной биосферы привело не только к деградации ландшафтного покрова, но и к потере ископаемых ресурсов, хранимых земной корой сотни миллионов лет. Однако, безопасность и комфортность существования современного человека значительно выше, чем наших «древних» предков.

В современной эпохе человечество тратит природные ресурсы на поддержание работы техники, в основном военизированной. И только преобразованная в большей части небольшая доля затраченной энергии возвращается человеку, снабжая его в быту электричеством, транспортными перевозками, развлечениями и т.п. Однако, все эти природные ресурсы добываются за счет деградации биосферы и разрушения земной коры.

В далеком прошлом энергетическим источником служила мускуль­ная сила людей, дополненная двигательной силой животных, воды и ветра. Внедрение паровой машины позволило отделить производство энергии от ее непосредственного источника - места добычи органичес­кого топлива. В результате постепенно сформировалась обособленная отрасль промышленности - топливная, специализирующаяся на добыче первичных энергетических ресурсов.

Сегодняшним горожанам может показаться, что фонари были всегда. Однако в Средние века даже такие крупные города, как Лондон и Пари;ж , погружались во тьму с закатом солнца. Выйти на улицы ночью решались лишь смельчаки. Так продолжалось до конца XVII - начала XVIII века

Двигателем прогресса стал француз­ский король Людовик XIV, который в 1667 году повелел освещать главные улицы Парижа масляными фона­рями. Почти в то же время фонари

появляются в Амстердаме. В 1718 году первые фонари устанавливают в Санкт-Петербурге, а при Анне Иоанновне освещение добирается и до Москвы. Работали фонари от пищевого конопляного масла и по тому активно расхищалось. Фонарщикам, кстати, приходилось не только доливать в фо­нарь масло, но и следить за фитилем, чтобы лампада не коптила.

В 1807 году на лондонской Пэлл-Мэлл появились первые газовые фонари, а затем «светильным газом» стали осве­щаться многие европейские столицы. Спустя 30 лет газовое освещение было введено и в Санкт-Петербурге, а в 1868 году уличные фонари на газе, появились в Москве.

Первые газовые фонари светили довольно тускло. Изобретение калильной сетки позво­лило в несколько раз увеличить силу света газовых, а затем и керосиновых фонарей.

В Москву керосино­вое освещение пришло раньше, чем газовое. Фонари с недорогим по тем временам горючим сразу обрели ши­рокую популярность. Они пришли на смену масляным фонарям, минуя газовое освещение.

По-настоящему популярным элек­трическое освещение стало после того, как Эдисон ввел в электрообеспечение потребителей замкнутые структуры производства, преобразования и транспортирования с обратными связями от электростанций до потребителей - электрические сети.

Вначале для освещения использо­вали яркие электродуговые лампы с примитивными механическими регуляторами, затем - свечи Яблочкова, пока их не вытеснили лампы накаливания.

Но дуговыми лампами еще долго освещали улицы: например, в 1970 году в Москве действовало 440 дуговых электрических фонарей и прожекторов, а также шесть опыт­ных с лампами накаливания. Послед­ние керосиновые фонари в Москве заменили электрическими в 1926 году, а в провинции они просуществовали до 1932-го года.

Появившиеся в конце 18-го века на топливном рынке неограниченные энергетические ресурсы каменного угля решили проблемы энергообеспечения стремительно развивающейся промышленности. Преимущественные удельные показатели к весу теплотворной способности при сжигании каменного угля, по сравнению с дровами, обеспечили попутно решение транспортных проблем, вытеснив дрова с топливного рынка, оставив для леса стремительно расширяющийся рынок поделочной древесины.

Научно-технический прогресс породил колониализм в самой изощренной форме: привлечение трудовых ресурсов для принудительного труда и захват земельных, материальных, в первую очередь, ископаемых ресурсов. Попытки передела Мира, помимо локальных войн, привели к двум мировым бойням и созданию ядерного оружия.

Готовясь к войне, руководство Третьего Рейха понимало, что доступные нефтяные ресурсы Германии крайне невелики. Основным резервом Вермахта была богатая нефтью Румыния. Но, в слу­чае ее потери, заменить румынскую нефть было нечем. Поэтому еще в конце 1920-х начались интенсивные изыскания промышленных способов выработки синтетического моторного топлива из угля. На рубеже 1930-х годов немецким химикам удалось разрабо­тать простую и надежную технологию термической газификации каменного угля и последующей каталитической переработки полученного газа в бен­зин по методу Фишера-Тропша.

Строительство заводов по произ­водству синтетического бензина началось в Германии уже в 1938 году, а к 1944 году их количество достиг­ло 25. В общей сложности с января 1938 по март 1945 года Германия произвела примерно 21,5 млн. тонн синтетического бензина. В условиях военного времени экономика уходила на второй план и с затратами не считались: себестоимость эрзац-бен­зина с добавками бензола в качес­тве антидетонатора была в десять раз выше обычного "нефтяного". Эрзац-бензином обеспечивалось 90% потребности в горючем для авиации и примерно 68% - для наземных транспортных средств и военной тех­ники.

В военные годы, однако, более полови­ны всей потребности рейха в топливе покрывалось за счет угля. Именно налаженным процесса синтеза бензина можно объяснить то, что на немецких танках так и не появились дизельные двигатели. В 1944 году с началом интенсивных бомбардировок союзниками заводов по производству эрзац-бензина. вермахт стал испытывать топливный «голод», и к марту 1945 года выпуск авиационного синтетическо­го топлива составил всего 1000 тонн в месяц - менее 0,5% от уровня первых четырех месяцев 1944 года. В апреле 1945 года производство полностью прекратилось. С завершением войны в рамках репараций СССР вывез из Германии оборудование нескольких предприятий по выпуску эрзац-бен­зина в город Ангарск, где оно стало основой крупного нефтехимического комплекса.

В настоящее время единственной страной в мире, выпускающей товар­ный синтетический бензин по методу Фишера-Тропша, является Южная Африка. На четырех действующих предприятиях производится пример­но 24 млн. литров топлива в смену.

Однако цивилизация прочно сидит на нефтяной игле, и виной всему автомобили. Каждый день человечество проглатывает 3,5 млн. баррелей нефти, из которых более 90% используется для производства жидкого топлива, в том числе 80% для автомобильного парка. Причем объем переработки нефти неумоли­мо растет.

Автомобилизация таких стран, как Китай и Индия, может удвоить мировую потребность в топливе.

Где взять недостающие миллионы баррелей?

У нефтедобывающих стран ответ простой - добывать еще больше. У тех, кто нефть покупает, иное мнение: делать более экономичные автомобили и ускоренными темпами развивать альтернативные топ­ливные технологии.

Коренная перестройка автоиндус­трии уже началась, но решение ее реальных плодов замедлилось уже в попытках возникшего кризиса в первой десятилетке нового – 21-го века. Попытки сразу несколько автогигантов вывести на рынок массовые и недорогие модели электромобилей и сверхэкономичных гибридов явно запоздали. Это, несомненно, ослабляет мертвую хватку дорогой нефти, но глобальный положительный эффект от появления машин без выхлопной трубы наступает очень болезнен.

Чем же будут наполняться топливные баки сталь­ных или алюминиево-карбоновых повозок с двигателями внутреннего сго­рания в ближайшие пять-десять лет?

Например, Уилл Роу, президент американской технологической компании Coskata, утверждает, что это будет биоэтанол (этиловый спирт). Причем дешевый и качественный. Дешевый – потому, что для его произ­водства не нужны сахарный тростник, кукуруза или пшеница – достаточно органических отходов человеческой деятельности, т.е. - мусора. А качествен­ный – потому, что бактерии, творящие биоэтанол из мусора, не умеют работать «спустя рукава»!

Послевоенная разруха 50-х годов и возведение в крупных городах в республиках СССР военно-промышленного комплекса обусловила строительство мощных тепло-электрических станций (ТЭС) с привлечением значительной части сельского населения в военно-промышленную сферу, т.е. в города. Благие намерения - обеспечить народ в жилищно-коммунальном секторе (ЖКХ) электрической энергией и теплом парового отопления с преобразованием ТЭС в теплоэлектрические централи (ТЭЦ) - обернулось гигантскими по протяженности тепловыми сетями с выбросом при поставке потребителям более половины тепла в атмосферу и в грунт.

Однако основная популистская цель – обеспечение охраны окружающей среды за счет централизации накопления отходов (шлака) после сжигания каменного угля в местах производства энергии и там же их переработки и захоронения – была достигнута. Не учитывалась, только, чрезвычайно высокая радиактивность отходов каменного угля и невероятная загазованность атмосферы отходами сжигания.

З а экономические потери на теплосетях до 90-х годов прошлого столетия расплачивалась военная промышленность, она же брала на свой энергобаланс часть расходов, в основном касающихся таплообеспечения по содержанию жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). При минимальном прожиточном минимуме трудящихся с отоплением жилища в условиях обеспечения ВПК иного выхода не было. По устранению материальной зависимости населения от оплаты за расходы тепла исчезла основная контролирующая функция

энергетики – общественная.