Современная география использования альтернативных источников энергии в мире. Альтернативные источники энергии: виды, плюсы и минусы

Альтернативные источники энергии — это ветер, солнце, приливы и отливы, биомасса, геотермальная энергия Земли.

Ветряные мельницы давно используются человеком в качестве источника энергии. Однако они эффективны и пригодны только для мелкого пользователя. К сожалению, ветер пока еще не в состоянии давать электроэнергию в достаточных количествах. Солнечная и ветровая энергетика имеет серьезный недостаток — временную нестабильность именно в тот момент, когда она особенно нужна. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы потребление ее могло быть возможно в любое время, но экономически зрелой технологии создания таких систем пока нет.

Первые ветряные электрогенераторы были разработаны еще в 90-х гг. XIX в. в Дании, а уже к 1910 г. в этой стране было построено несколько сот мелких установок. Еще через несколько лет датская промышленность получала от ветряных генераторов четверть необходимой ей электроэнергии. Их общая мощность составила 150-200 МВт.

В 1982 г. на китайском рынке было продано 1280 ветряных турбин, а в 1986 г. — 11 000, что позволило обеспечить электричеством те районы Китая, в которых раньше его никогда не было.

В начале XX в. в России насчитывалось 250 тыс. крестьянских ветряных мельниц мощностью до 1 млн кВт. Они перемалывали 2,5 млрд пудов зерна на месте, без дальних перевозок. К сожалению, в результате бездумного отношения к природным ресурсам в 40-х гг. прошлого века на территории бывшего СССР была разрушена основная часть ветряных и водяных двигателей, а к 50-м гг. они почти совсем исчезли как «отсталая техника».

В настоящее время солнечную энергию используют в некоторых странах в основном для отопления, а для производства энергии — в очень незначительных масштабах. Между тем мощность солнечного излучения, достигающего Земли, составляет 2 х 10 17 Вт, что более чем в 30 тыс. раз превышает сегодняшний уровень энергопотребления человечества.

Различают два основных варианта использования энергии Солнца: физический и биологический. При физическом варианте энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. При биологическом варианте используется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Этот вариант годится для стран с относительно большими запасами леса. Например, Австрия планирует в ближайшие годы получать от сжигания древесины до трети необходимой ей электроэнергии. Для этих же целей в Великобритании планируется засадить лесом около 1 млн га земель, непригодных для сельскохозяйственного использования. Высаживаются быстрорастущие породы, такие как тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота этого дерева около 4 м, диаметр стволика — более 6 см).

Проблема использования нетрадиционных источников энергии в последнее время особенно актуальна. Это, несомненно, выгодно, хотя подобные технологии требуют значительных затрат. В феврале 1983 г. американская фирма «Арка Солар» начала эксплуатировать первую в мире солнечную электростанцию мощностью 1 МВт. Возведение таких электростанций — дорогое удовольствие. Сооружение солнечной электростанции, способной обеспечить электроэнергией около 10 тыс. бытовых потребителей (мощность — около 10 мМВт), обойдется в 190 млн дол. Это в четыре раза больше, нежели расходы на сооружение ТЭС, работающей на твердом топливе, и соответственно в три раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее специалисты по изучению солнечной энергии уверены, что с развитием технологии использования энергии Солнца цены на нее значительно снизятся.

Вероятно, будущее энергетики — за ветряной и солнечной энергией. В 1995 г. в Индии приступили к реализации программы по выработке энергии с помощью ветра. В США мощность ветряных электростанций составляет 1654 МВт, в Европейском союзе — 2534 МВт, из них 1000 МВт вырабатывается в Германии. В настоящее время наибольшего развития ветроэнергетика достигла в Германии, Англии, Голландии, Дании, США (только в Калифорнии 15 тыс. ветряков). Энергия, получаемая с помощью ветра, может постоянно возобновляться. Ветряные станции не загрязняют окружающую среду. С помощью ветряной энергии можно электрифицировать самые отдаленные уголки земного шара. К примеру, 1600 жителей острова Дезират в Гваделупе пользуются электричеством, которое вырабатывают 20 ветряных генераторов.

Из чего еще можно получать энергию, не загрязняя окружающую среду?

Для использования энергии приливов и отливов обычно строят приливные электростанции в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. В обычном портовом волноломе оставляют отверстия, куда свободно поступает вода. Каждая волна повышает уровень воды, а следовательно, и давление остающегося в отверстиях воздуха. «Выдавливаемый» наружу через верхнее отверстие воздух приводит в движение турбину. С уходом волны возникает обратное движение воздуха, который стремится заполнить вакуум, и турбина получает новый импульс к вращению. Согласно оценкам специалистов, такие электростанции могут использовать до 45 % энергии приливов.

Волновая энергия представляется довольно многообещающей формой из новых энергоисточников. Например, на каждый метр волнового фронта, окружающего Британию со стороны Северной Атлантики, в среднем приходится 80 кВт энергии в год, или 120 000 ГВт. Существенные потери при переработке и передаче этой энергии неизбежны, и, по-видимому, лишь третья ее часть может поступать в сеть. Тем не менее оставшегося объема достаточно для того, чтобы обеспечить всю Британию электричеством на уровне существующей нормы потребления.

Привлекает ученых и использование биогаза, который представляет собой смесь горючего газа — метана (60-70 %) и негорючего углекислого газа. В нем обычно присутствуют примеси — сероводород, водород, кислород, азот. Образуется биогаз в результате анаэробного (бескислородного) разложения органики. Этот процесс в природе можно наблюдать на низинных болотах. Воздушные пузырьки, поднимающиеся со дна заболоченных участков, это и есть биогаз — метан и его производные.

Процесс получения биогаза можно разделить на два этапа. Вначале с помощью анаэробных бактерий из углеводов, белков и жиров образуется набор органических и неорганических веществ: кислоты (масляная, пропионовая, уксусная), водород, углекислота. На втором этапе (щелочном или метановом) подключаются метановые бактерии, которые разрушают органические кислоты с выделением метана, углекислого газа и небольшого количества водорода.

В зависимости от химического состава сырья при сбраживании выделяется от 5 до 15 кубометров газа на кубометр перерабатываемой органики.

Биогаз можно сжигать для отопления домов, сушки зерна, использовать в качестве горючего для автомобилей и тракторов. По своему составу биогаз мало отличается от природного газа. Кроме того, в процессе получения биогаза остаток брожения составляет примерно половину органических веществ. Его можно брикетировать и получать твердое топливо. Однако в хозяйственном отношении это не слишком рационально. Остаток брожения лучше использовать в качестве удобрения.

1 м 3 биогаза соответствует 1 л жидкого газа или 0,5 л высококачественного бензина. Получение биогаза даст технологическую выгоду — уничтожение отходов и энергетическую выгоду — дешевое горючее.

В Индии для получения биогаза используется около 1 млн дешевых и простых установок, а в Китае их свыше 7 млн. С точки зрения экологии биогаз имеет огромные преимущества, так как он может заменить дрова, а следовательно, сохранить лес и предотвратить опустынивание. В Европе ряд установок по очистке городских сточных вод удовлетворяет свои энергетические потребности за счет производимого ими биогаза.

Еще одним альтернативным источником энергии является сельскохозяйственное сырье: сахарный тростник, сахарная свекла, картофель, топинамбур и др. Из него методом ферментации в некоторых странах производят жидкое топливо, в частности этанол. Так, в Бразилии растительную массу преобразуют в этиловый спирт в таких количествах, что эта страна удовлетворяет большую часть своих потребностей в автомобильном топливе. Сырье, необходимое для организации массового производства этанола, — это в основном сахарный тростник. Сахарный тростник активно участвует в процессе фотосинтеза и производит на каждый гектар обрабатываемой площади больше энергии, чем другие культуры. В настоящее время его производство в Бразилии составляет 8,4 млн т, что соответствует 5,6 млн т бензина самого высокого качества. В США производится биохол — горючее для автомобилей, содержащее 10 % этанола, полученного из кукурузы.

Тепловую или электрическую энергию можно добывать за счет тепла земных глубин. Геотермальная энергетика экономически эффективна там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры, — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курильские острова, острова Японского архипелага). В отличие от других первичных источников энергии, носители геотермальной энергии невозможно транспортировать на расстояние, превышающее несколько километров. Поэтому земное тепло — типично локальный источник энергии, и работы, связанные с его эксплуатацией (разведка, подготовка буровых площадок, бурение, испытание скважин, забор жидкости, получение и передача энергии, подпитка, создание инфраструктур и т.д.), ведутся, как правило, на относительно небольшом участке с учетом местных условий.

Геотермальная энергия используется в широких масштабах в США, Мексике и на Филиппинах. Доля геотермальной энергии в энергетике Филиппин — 19 %, Мексики — 4 %, США (с учетом использования для отопления «напрямую», т.е. без переработки в электрическую энергию) — около 1 %. Суммарная мощность всех геоТЭС США превышает 2 млн кВт. Геотермальная энергия обеспечивает теплом столицу Исландии — Рейкьявик. Уже в 1943 г. там были пробурены 32 скважины на глубине от 440 до 2400 м, по которым к поверхности поднимается вода с температурой от 60 до 130 °С. Девять из этих скважин действуют по сей день. В России, на Камчатке, действует геоТЭС мощностью 11 МВт и строится еще одна мощностью 200 МВт.

В настоящее время исследования по использованию солнечной энергии ведутся на всех континентах. В к 2020 г. предполагают удовлетворить от 10 до 30% своих энергетических потребностей страны за счет солнечных установок, в в 2010 г. - 3%. Национальные программы развития солнечной энергетики приняты в 68 странах.

Солнечная радиация, достигающая внешних границ земной атмосферы, несет энергию в 5,6 106 ЭДж в год (Р = 17 млрд кВт). Около 65 % этой энергии расходуется на нагрев поверхности, испарительно-осадочный цикл, фотосинтез, а также на образование волн, воздушных и океанских течений и ветра, 35% солнечной энергии отражается. Поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности, в 9 тыс. раз больше суммарной энергии, производимой в мире в настоящее время с помощью органических видов топлива и урана.

Солнечная энергия обладает рядом преимуществ. Она имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Чтобы обеспечить свои энергетические потребности в 2100 г., человечеству достаточно использовать меньше 0,1 % падающей на Землю солнечной энергии или сороковую часть солнечной энергии, падающей пустыни. Однако солнечная энергия обладает низкой плотностью потока (800-1000 Вт/м2), ее интенсивность меняется в течении суток, зависит от сезона и т.д. Как падающая, так и рассеянная относится к прямым видам солнечной энергии. Косвенными видами солнечной энергии являются энергия ветра, волн, приливов, тепловые градиенты океана, гидроэнергия и энергия, полученная благодаря фотосинтезу.

Условно можно выделить четыре направления использования солнечной энергии: теплотехническое, фотоэлектрическое, биологическое и химическое. Теплотехническое направление (солнечное теплоснабжение) основано на нагревании теплоносителей, например воды, обычными или сконцентрированными солнечными лучами в специальных устройствах-коллекторах. Этот способ уже стал находить практическое применение в США, Японии, в южных районах нашей страны для опреснения и получения горячей воды, обогрева зданий зимой и охлаждения их летом, для сушки различных продуктов и материалов, питания термопреобразователей и т. п. Уже при сегодняшней эффективности солнечные коллекторы могут оказаться экономически целесообразными вплоть до районов, лежащих на 56-й широте (примерно на широте Москвы). Большое внимание во многих странах уделяется фотоэлектрическому способу использования электрической энергии.

К существенному прогрессу здесь привели открытия, сделанные за последние 10 - 20 лет в физике и химии полупроводников. На их основе были созданы фотоэлектрические преобразователи - солнечные батареи, которые ныне широко используются на космических кораблях. КПД батарей составляет 12-15%, а на лабораторных образцах достигнуты и значительно лучшие результаты (28 - 29 %).

Теоретические исследования привели к выводам о принципиальной возможности достижения в полупроводниковых структурах с переменной шириной запрещенной зоны, использующих объемный фотоэффект, коэффициента полезного действия, близкого к 90%. Однако, широкое использование полупроводниковых преобразователей в наземной энергетике сдерживается из-за их пока еще высокой стоимости (стоимость выработки электроэнергии солнечными батареями выше, чем при традиционных способах). Следовательно, одно из главных направлений здесь - разработка более дешевых преобразователей, например, с использованием пленочных и органических полупроводников, и менее дорогих технологий их производства.

Геотермальная энергетика на базе термальных (горячих подземных) вод развивается достаточно интенсивно в США, на , в , Италии, Японии, где построены геотермальные тепловые электростанции. В России большие ресурсы геотермальной энергии имеются на Камчатке, Сахалине и Курильских островах, меньшие - на Кавказе. Геотермальная энергия может применяться в сельском (обогрев теплиц) и коммунальном (горячее водоснабжение) хозяйствах. К геотермальному водоснабжению подключены некоторые населенные пункты Дагестана, Ингушетии, Краснодарского и Ставропольского краев, Камчатки.

Океаны содержат огромный потенциал в виде тепловой энергии по глубине толщи воды (радиации, температур верхнего и нижнего слоев воды), а также энергию океанических течений, морских волн и приливов. В мире наиболее развиты работы по приливным электростанциям (ПЭС). В 1966 г. во Франции построена ПЭС «Ранс», вырабатывающая 500 млн кВт ч электроэнергии в год, в 1968 г. в России - Кислогубская ГТЭС на , в 1984 г. - ПЭС в Канаде мощностью 20 МВт.

Перспективно производство энергии биомассы, получаемой в результате переработки органических отходов. Разработаны технологии производства биогаза и этанола, которые можно использовать как топливо и компост (органические удобрения) из органических отходов животноводческих комплексов, свинокомплексов, птицефабрик, городских сточных вод, бытовых отходов, отходов деревообрабатывающей промышленности.

ЭНЕРГЕТИКА МИРА

Энергетика относится к так называемым "базовым" отраслям промышленности: ее развитие является непременным условием развития всех других отраслей промышленности и всей экономики любой страны. Она также относится к "авангардной тройке".

Энергетика включает в себя совокупность отраслей, снабжающих экономику энергоресурсами. В нее входят все топливные отрасли и электроэнергетика, включая разведку, освоение, производство, переработку и транспортировку источников тепловой и электрической энергии и самой энергии.

В мировом хозяйстве развивающиеся страны выступают главным образом в качестве поставщиков, а развитые - потребителей энергии.

В развитии мировой энергетики решающую роль сыграл энергетический кризис начала 70-х гг.

Цена на нефть (1965-1973 гг.) была значительно ниже среднемирового уровня на другие энергоносители. В результате нефть вытеснила другие виды топлива из топливно-энергетического баланса (ТЭБ) в экономически развитых странах. На смену угольному этапу пришел нефтегазовый, продолжающийся и сейчас.

Таблица 6. Изменение структуры ТЭБ мира (в %)

Это оказалось возможным благодаря неэквивалентному обмену, который практикуется между развитыми и развивающимися странами в течение многих лет. При подъеме цен на нефть в начале 70-х годов (контроль над которыми осуществляла уже созданная в 1960 г. Организация стран-экспортеров нефти - ОПЕК) разразился энергетический кризис; т.к. основные запасы этого ценного сырья сосредоточены в развивающихся странах.

Для ослабления последствий кризиса в ведущих капиталистических странах были разработаны национальные энергетические программы, в которых основной упор был сделан на:
- экономию энергии;
- снижение доли нефти в топливно-энергетическом балансе;
- приведение структуры потребления энергоресурсов в соответствие с собственной ресурсной базой, уменьшение зависимости от импорта энергоносителей.

В результате снизилось потребление энергии, изменилась структура ТЭБ: доля нефти начала сокращаться, возросло значение газа, а сокращение доли угля приостановилось, т.к. уголь развитые страны обладают большими запасами углей. Энергокризис способствовал постепенному переходу к новому, энергосберегающему типу развития, который оказался возможным благодаря научно-техническому прогрессу.

Но зависимость ведущих капиталистических стран от импорта энергетического сырья продолжает сохраняться. Только Россия и Китай полностью обеспечивают себя топливом и энергией за счет собственных ресурсов и даже экспортируют их. А так как основным собственным энергоресурсом многих развитых стран является уголь, то не случайно, что в последнее десятилетие вновь выросло его значение в топливно-энергетическом балансе.

Нефтяная промышленность мира

Нефтяная промышленность - одна из важнейших и наиболее быстро развивавшихся до последнего времени отраслей тяжелой промышленности. Основная часть ее продукции используется в энергетических целях, в связи с чем она относится к группе отраслей энергетики. Часть нефти и нефтепродуктов идет в нефтехимическую переработку.

Главная особенность географии мировых ресурсов нефти заключается в том, что большая их часть приходится на развивающиеся страны, в первую очередь Ближнего Востока. В 19 гигантских месторождениях Аравийского полуострова сосредоточена 1/2 нефтяных богатств планеты.

Среди промышленно развитых стран можно выделить два типа государств: с одной стороны, США, Россия, Канада, обладающие собственными запасами и мощной нефтедобычей; с другой - европейские страны (исключая Норвегию и Великобританию), а также Япония и ЮАР, которые лишены собственных ресурсов, и хозяйство которых базируется целиком на импортной нефти. Тем не менее, доля развитых стран в мировой нефтедобыче повышается (1970 г. - 12% мировой добычи, 1994 г. - 45%, около 1,5 млрд. т нефти). При этом на долю стран ОПЕК приходится 41 % мировой добычи (1,2 млрд. т).

Таблица 8. Десять первых стран мира по добычи нефти

Удорожание нефти за последние годы стимулировало освоение месторождений, разведанных в районах со значительно более сложными условиями добычи и транспортировки нефти. Велика доля морских месторождений нефти (25% разведанных запасов). На морях поисково-разведочные работы ведутся уже на глубинах до 800 м при удалении от берега на 200-500 км. Наиболее крупные морские месторождения нефти разведаны в Персидском заливе и у юго-восточных берегов Аравийского полуострова, в Мексиканском заливе, Северном море (в британском и норвежском его секторах), у северного побережья Аляски, берегов Калифорнии, у западного побережья Африки, островов Юго-Восточной Азии. У некоторых стран на шельфовых месторождениях сосредоточена основная часть разведанных запасов нефти, например в США -более 1/2, Брунее и Катаре - около 2/3, Анголе и Австралии - более 4/5, Бахрейне - 9/10, а в Норвегии и Великобритании - практически около 100%.

Сохранившийся территориальный разрыв между основными районами добычи и потребления нефти (главная особенность нефтяной промышленности мира) приводит к колоссальным масштабам дальних перевозок нефти. Она остается грузом номер один мирового морского транспорта.

Главные направления международных перевозок нефти:
Персидский залив -> Япония
Персидский залив -> Зарубежная Европа
Карибское море -> США
Юго-Восточная Азия -> Япония
Северная Африка -> Зарубежная Европа

Главные из мировых грузопотоков нефти начинаются от крупнейших нефтяных портов Персидского залива (Мина-эль-Ахмади, Харк и др.) и идут к Западной Европе и Японии. Самые крупные танкеры следуют дальним путем вокруг Африки, менее крупные - через Суэцкий канал. Меньшие грузопотоки идут из стран Латинской Америки (Мексика, Венесуэла) к США и Западной Европе.

Резко изменилась география импорта нефти. Выросла доля Канады, Мексики, Венесуэлы как поставщиков нефти в США. На страны Ближнего Востока приходится теперь около 5% американского импорта нефти.

Нефтепроводы проложены не только по территории многих стран мира, но и по дну морей (в Средиземном, Северном).

В отличие от нефтедобычи основная часть мощностей по переработке сосредоточена в ведущих промышленно развитых странах (около 70% мощностей НПЗ мира, в т.ч. США - 21,3%, Европа - 21,6%, СНГ - 16,6%, Япония - 6,2%).

Выделяются такие районы, как побережье Мексиканского залива, район Нью-Йорка в США, Роттердам в Нидерландах, Южная Италия, побережье Токийского залива в Японии, побережье Персидского залива, побережье Венесуэлы, район Поволжья в России.

В размещении нефтеперерабатывающей промышленности действуют две противоположные тенденции: одна из них - "рыночная" (отрыв переработки нефти от мест добычи и строительство НПЗ в странах-потребителях нефтепродуктов), а другая - "сырьевая" - тенденция к приближению нефтепереработки к местам добычи нефти. До последнего времени преобладала первая тенденция, что позволяло ввозить сырую нефть по низким ценам, а полученные из нее нефтепродукты сбывать по ценам во много раз выше.

Но в последние годы действует тенденция к строительству НПЗ в некоторых развивающихся странах, особенно на узлах транспортных коммуникаций, на важных морских путях (например, на островах Аруба, Кюрасао - в Карибском море, в Сингапуре, Адене, в г. Фри-порт на Багамских островах, в г. Санта-Крус на Виргинских островах).

Строительство НПЗ в развивающихся странах стимулируется также принятием в экономически развитых странах более строгих мер по охране природы (вынос "экологически грязных" производств).

Газовая промышленность мира

Основными запасами природного газа обладают государства СНГ (40%), в т.ч. Россия (39,2%). Доля стран Ближнего и Среднего Востока в мировых запасах газа составляет около 30%, Северной Америки около 5%, Западной Европы 4% (1994 г.).

Самыми богатыми природным газом из зарубежных стран являются Иран, Саудовская Аравия, США, Алжир, ОАЭ, Нидерланды, Норвегия, Канада.

В целом же доля промышленно развитых капиталистических стран в мировых запасах природного, газа намного меньше, чем развивающихся. Однако основная часть добычи сосредоточена в промышленно развитых странах.

Таблица 9. Разведанные запасы, добыча, потребление природного газа (на 1 янв.1995 г.)

Мировая добыча природного газа (ПГ) ежегодно возрастает, и в 1994 г. превысила 2 трлн. м 3 . География добычи ПГ существенно отличается от добычи нефти. Более 2/5 (40%) его добывается на территории государств СНГ (из которых 80% - в России, далеко опережающей все остальные страны мира) и в США (25% процентов мировой добычи). Затем, многократно отставая от первых двух стран, идут Канада, Нидерланды, Норвегия, Индонезия, Алжир. Все эти государства являются крупнейшими экспортерами природного газа. Основная часть экспортируемого газа идет по газопроводам, а также транспортируется в сжиженном виде (1/4).

Таблица 10. Десять первых стран мира по добычи природного газа

Протяженность газопроводов быстро растет (сейчас в мире - 900 тыс. км газопроводов). Крупнейшие межгосударственные газопроводы действуют в Северной Америке (между канадской провинцией Альберта и США); в Западной Европе (от крупнейшего голландского месторождения Гроннинген в Италию через территорию Германии и Швейцарии; из норвежского сектора Северного моря в Германию, Бельгию и Францию). С 1982 г. действует газопровод из Алжира через Тунис и далее по дну Средиземного моря в Италию.

Практически во все страны Восточной Европы (кроме Албании), а также в рад стран Западной Европы - в Германию, Австрию, Италию, Францию, Швейцарию, Финляндию - поступает газ из России по газопроводам. Россия является крупнейшим в мире экспортером природного газа.

Растут межгосударственные морские перевозки природного газа в сжиженном виде (СПГ) с использованием специальных газовозных танкеров. Крупнейшими поставщиками СПГ являются Индонезия, Алжир, Малайзия, Бруней. Около 2/3 всего экспортируемого СПГ ввозится в Японию.

Угольная промышленность мира

Угольная промышленность - наиболее старая и развитая из всех отраслей топливно-энергетического комплекса в промышленно развитых странах.

По оценке, суммарные запасы угля во всем мире определены в 13-14 трлн. т (52% - каменный уголь, 48% - бурый).

Более 9/10 достоверных запасов каменного угля, т.е. извлекаемых с использованием существующих технологий, сосредоточено: в Китае, в США (более 1/4); на территории государств СНГ (более 1/5); в ЮАР (более 1/10 мировых запасов). Из других промышленно развитых стран можно выделить запасы угля в ФРГ, Великобритании, Австралии, Польше, Канаде; из развивающихся - в Индии, Индонезии, Ботсване, Зимбабве, Мозамбике, Колумбии и Венесуэле.

В последние десятилетия традиционная добыча угля в странах Западной Европы значительно сократилась, и основными центрами добычи стали Китай, США и Россия. На их долю приходится почти 60% всей угледобычи мира, которая составляет 4,5 млрд. т. в год. Далее можно отметить ЮАР, Индию, ФРГ, Австралию, Великобританию (добыча превышает 100 млн. т в год в каждой из этих стран).

Существенное значение имеет также качественный состав углей, в частности, доля коксующихся углей, используемых в качестве сырья для черной металлургии. Наиболее велика их доля в угольных запасах Австралии, ФРГ, Китая, США.

В последние годы во многих экономически развитых странах угольная промышленность стала структурно кризисной. Сокращалась добыча угля в основных традиционных районах (старопромышленных), например, в Рурском - ФРГ, на Севере Франции, в Аппалачах - США (что повлекло за собой социальные последствия, в т.ч. безработицу).

Иными тенденциями развития отличалась угольная промышленность Австралии, ЮАР и Канады, где происходил рост добычи с ориентацией на экспорт. Так, Австралия обогнала крупнейшего экспортера угля - США (доля ее в мировом экспорте - 2/5). Это связано со спросом на уголь Японии и наличием в самой Австралии недалеко от побережья крупных месторождений, пригодных для разработки открытым способом. Ричардс-Бей - крупнейший специализированный угольный порт в ЮАР (экспорт угля). Мощные морские грузопотоки угля образовали так называемые "угольные мосты":
США -> Западная Европа
США -> Япония
Австралия -> Япония
Австралия -> Западная Европа
ЮАР -> Япония

Крупными экспортерами становятся Канада и Колумбия. Основная часть внешнеторговых перевозок угля осуществляется морским транспортом. В последние годы большим спросом, чем коксующийся (технологический) уголь, пользуется энергетический уголь (более низкого качества - для производства электроэнергии).

Подавляющая часть разведанных запасов бурого угля и его добычи сосредоточена в промышленно развитых странах. Размерами запасов выделяются США, ФРГ, Австралия, Россия.

Основная часть бурого угля (более 4/5) потребляется на тепловых станциях, расположенных вблизи его разработок. Дешевизна этого угля объясняется способом его добычи - почти исключительно открытым. Это обеспечивает производство дешевой электроэнергии, что привлекает в районы буроугольных разработок электроемкие производства (цветная металлургия и др.).

Электроэнергетика

Всего в мире ежегодно потребляется 15 млрд. т условного топлива в качестве энергоресурсов. Суммарная мощность электростанций всего мира в начале 90-х годов превышала 2,5 млрд. кВт, а выработка электроэнергии вышла на уровень 12 трлн. кВт ч в год.

Более 3/5 всей электроэнергии вырабатывается в промышленно развитых странах, среди которых по общей выработке выделяются США, СНГ (Россия), Япония, Германия, Канада, Китай.

Таблица 11. Десять первых стран мира по размерам производства электроэнергии

В большинстве промышленно развитых стран созданы единые энергосистемы, хотя в США, Канаде, Китае и Бразилии они отсутствуют. Есть межгосударственные (региональные) энергосистемы.

Из всей производимой в мире электроэнергии (на начало 90-х гг.) около 62% вырабатывается на ТЭС, около 20% на ГЭС и около 17% - на АЭС и 1% - на использовании альтернативных источников.

В некоторых странах на ГЭС вырабатывается значительно большая часть электроэнергии: в Норвегии (99%), Австрии, Новой Зеландии, Бразилии, Гондурасе, Гватемале, Танзании, Непале, Шри-Ланке (80-90% общей выработки электроэнергии). В Канаде, Швейцарии - более 60%, в Швеции и Египте 50-60 %.

Степень освоенности гидроресурсов в разных регионах мира различна (в целом по миру лишь 14%). В Японии гидроресурсы используются на 2/3, в США и Канаде - на 3/5, в Латинской Америке - на 1/10, а в Африке используется менее чем 1/20 гидроресурсов.

В настоящее время из 110 действующих ГЭС с мощностью более 1 млн. кВт более 50% находятся в промышленно развитых странах с рыночной экономикой (в Канаде 17, США - 16). Крупнейшие по мощности из действующих за рубежом ГЭС: бразильско-парагвайская "Итайпу" - на реке Парана - мощностью 12,6 млн. кВт; венесуэльская "Гури" на р.Карони и др. Крупнейшие ГЭС в России построены на реке Енисей: Красноярская, Саяно-Шушенская ГЭС (мощностью более 6 млн. кВт).

В некоторых странах возможности использования экономического гидроэнергетического потенциала почти исчерпаны (Швеция, ФРГ), в других - только начинается его использование.

Около 1/2 мощностей мировых ГЭС и выработки на них электроэнергии приходится на США, Канаду и страны Европы.

Однако в целом по миру основную роль в электроснабжении выполняют ТЭС, работающие на минеральном топливе, главным образом на угле, нефти или газе.

Наиболее велика доля углей в теплоэнергетике ЮАР (почти 100%), Австралии (около 75%), Германии и США (более 50%).

Угольный топливно-энергетический цикл - один из экологически наиболее опасных. Поэтому расширяется использование "альтернативных" источников энергии (солнца, ветра, приливов и отливов). Но наибольшее практическое применение получило использование ядерной энергии.

До начала 90-х годов ядерная энергетика развивалась опережающими темпами по отношению ко всей электроэнергетике. Доля АЭС возрастала особенно быстро в высокоразвитых в экономическом отношении странах и районах, дефицитных по другим энергоресурсам.

Однако в связи с резким удешевлением нефти и газа, т.е. уменьшением стоимостных преимуществ АЭС перед ТЭС, а также в связи с психологическим воздействием аварии на Чернобыльской АЭС (1986 г., в бывш. СССР) и активизацией противников ядерной энергетики - темпы ее роста заметно снизились.

Тем не менее, в 29 странах мира действуют АЭС. Годовая выработка электроэнергии превысила 1 трлн. кВт/ч. Больше всего доля АЭС в общем производстве электроэнергии во Франции и Бельгии. Более 2/3 суммарной мощности всех АЭС мира сосредоточено в странах: США, Франция, Япония, Германия, Великобритания и Россия. В Литве доля АЭС в общей выработке электроэнергии составляет 78%, во Франции - 77%, в Бельгии - 57%, в Швеции - 47%, тогда как в США - 19%, в России - 11%.

На долю атомных станций США в суммарной мощности АЭС мира приходится около 40%.

Крупнейший атомно-энергетический комплекс - "Фукусима" расположен на о. Хонсю в Японии, он насчитывает 10 энергоблоков общей мощностью более 9 млн. кВт.

Альтернативные источники пока обеспечивают лишь очень небольшую часть мировой потребности в электроэнергии. Только в некоторых странах Центральной Америки, на Филиппинах и в Исландии существенное значение имеют геотермальные электростанции; в Израиле, на Кипре довольно широко используют солнечную энергию.

«Необходим объективный подход к ядерной энергетике. Обе стороны должны осознать неотъемлемое право на объективную, а не тактическую информацию, выгодную одной из сторон. Каждый должен сознательно идти на риск.

Обычно риск считается приемлемым, если при сравнении серьезности последствий его теоретическая вероятность намного ниже вероятности природных катастроф, которые рассматриваются как неизбежные и никогда не принимаются в расчет в повседневной жизни … Я не знаю другой области человеческой деятельности кроме атомной энергетики, где было бы так много сделано для оценки риска и гарантии безопасности».

Кардинал Х. Шверк (Швейцария) .

Введение.

Среди величайших достижений ХХ века наряду с генной и полупроводниковой технологиями открытие атомной энергии и овладение ею занимает особое место.

Человечество получило доступ к громадному и потенциально опасному источнику энергии, который нельзя ни закрыть, ни забыть, его нужно использовать не во вред, а на пользу человечеству.

У атомной энергии две «родовые» функции – военная, разрушительная и энергетическая – созидательная. По мере уничтожения устрашающих ядерных арсеналов, созданных в период холодной войны, атомная энергия будет проникать внутрь цивилизованного общества в виде тепла, электричества, медицинских изотопов, ядерных технологий, нашедших применение в промышленности, космосе, сельском хозяйстве, археологии, судебной медицине и т.д.

В XXI веке истощение энергоресурса уже не будет первым ограничивающим фактором. Главным становится фактор ограничения предела экологической емкости среды обитания.

Прогресс, достигнутый в превращении атомной энергии в безопасное, чистое и действенное средство удовлетворения растущих глобальных энергетических потребностей, не может быть достигнут никакой другой технологией, несмотря на привлекательность энергии ветра, солнца и других, «возобновляемых» источников энергии.

Однако бытующее в обществе представление об атомной энергии по-прежнему окутано мифами и страхами, которые абсолютно не соответствуют фактическому положению дел, и, в основном, опираются исключительно на чувства и эмоции.

В том случае, Когда голосованием предлагается решать вопросы об опасности там, где действуют законы природы (по терминологии В.И.Вернадского, когда «общественное мнение» опережает «общественное понимание») , как это ни парадоксально, происходит преуменьшение экологической опасности.

Поэтому одной из важнейших задач, стоящих в настоящее время перед учеными, является задача достижения «общественного понимания» экологических проблем, в том числе – атомной энергетике.

Активность экологических движений должна приветствоваться, но она должна быть конструктивной, а не разрушительной.

Хорошо организованный и цивилизованный диалог между специалистами и общественностью, безусловно, полезен.

Цель нашего проекта – анализ информации, необходимой для выработки собственного осознанного отношения к проблемам развития энергетики вообще и атомной энергетики в частности.

Научно-технический прогресс, энергия и человеческое общество. Источники энергии.

Человечество живет в едином, взаимосвязанном мире, и наиболее серьезные энергетические, экологические и социально-экономические проблемы приобрели глобальный масштаб.

Развитие энергетике связано с развитием человеческого общества, научно-техническим прогрессом, который, с одной стороны, ведет к значительному подъему уровня жизни людей, но с другой оказывает воздействие на окружающую человека природную среду. К числу важнейших глобальных проблем относятся:

• рост численности населения Земли и обеспечение его продовольствием;
• обеспечение растущих потребностей мирового хозяйства в энергии и природных ресурсов;
• охрана природной среды, в том числе и здоровья человека, от разрушительного антропогенного воздействия технического прогресса.

Такие экологические угрозы, как парниковый эффект и необратимые изменения климата, истощение озонового слоя, кислотные дожди (осадки), сокращение биологического разнообразия, увеличение содержания токсичных веществ в окружающей среде, требуют новой стратегии развития человечества, предусматривающей согласованное функционирование экономики и экосистемы. Разумеется, потребности современного общества должны удовлетворяться с учётом потребности будущих поколений. Потребление энергии является одним из важных факторов развития экономики и уровня жизни людей. За последние 140 лет потребление энергии во всём мире возросло примерно в 20 раз, а численность населения планеты – в 4 раза (24).

С учётом темпов нынешнего роста численности населения и необходимости улучшения уровня жизни будущих поколений Мировой Энергетический Конгресс прогнозирует рост глобального потребления энергии на 50-100% к 2020 году и на 140-320% к 2050г. (3,25).

Что же такое энергия вообще? Согласно современным научным представлениям, энергия-это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, а только может переходить из одной формы в другую в соответствии с законом сохранения энергии.

Энергия может проявляться в различных формах: кинетическая, потенциальная, химическая, электрическая, тепловая, ядерная.

Для удовлетворения нашей потребности в энергии существуют возобновляемые и невозобновляемые источники.

Солнце, ветер, гидроэнергия, приливы и некоторые другие источники энергии называют возобновляемыми потому, что их использование человеком практически не изменяет их запасы. Уголь, нефть, газ, торф, уран относятся к невозобнавляемым источникам энергии, и при переработке они теряются безвозвратно.

По прогнозам Международного энергетического агентства потребности в первичных энергоносителях в первом десятилетии ХХ1-го века будут удовлетворены в следующих соотношениях: нефть- не более 40%, газ- менее 24%, твёрдые виды топлива (в основном уголь) – менее 30%, ядерная энергия -7%, гидроэнергетика – 7%, возобновляемые виды энергии – менее 1%. Региональное потребление первичных энергоносителей может иметь отклонения от мировых тенденций.

Основное количество энергии человечество получает и будет получать в ближайшем будущем, расходуя невозобновляемые источники.

Такие природные ресурсы, как: уголь, нефть, газ –практически невосстанавливаемые, не смотря на то, что их запасы на сегодняшний день во всем мире очень велики, но они все равно когда-либо закончатся. Самое главное то, что при работе ТЭС происходит отравление окружающей среды.

Широко бытующее утверждение об экологической «чистоте» возобновляемых источников энергии справедливо, лишь, если иметь в виду только конечную стадию – энергопроизводящую станцию. Из всех этих видов возобновляемых источников энергии только гидроэнергия в настоящий момент вносит серьёзный вклад во всемирное производство электроэнергии (17%).

Гидроэнергетика.

В большинстве промышленно развитых стран незадействованным на сегодня остался лишь незначительный по объёму гидроэнергетический потенциал.

Так,в европейской части страны с наиболее напряжённым топливным балансом использование гидроэнергетических ресурсов достигло 50%, а их экономический потенциал практически исчерпан.

Гидроэнергетические сооружения в потенциале несут в себе опасность крупных катастроф. Так, в 1979 году авария на плотине в Морви (Индия) унесла около 15 тысяч жизней. В Европе в 1963 году авария плотины в Вайонт (Италия) привела к гибели 3 тысячи человек.

Неблагоприятное воздействие гидроэнергетики на окружающую среду, в основном, сводится к следующему: затопление с/х угодий и населённых пунктов, нарушение водного баланса, что ведёт к изменению существования флоры и фауны, климатические последствия (изменение теплового баланса, увеличение количества осадков, скорости ветра, облачности и т.д.).

Перегораживание русла реки приводит к заливанию водоёма и эрозии берегов, ухудшению самоочищения проточных вод и уменьшению содержания кислорода, затруднения свободное движение рыб.

С увеличением масштабов гидротехнического сооружения растёт и масштаб воздействия на окружающую среду.

Энергия ветра.

Энергия ветра в больших масштабах оказалась ненадёжной, неэкономичной и, главное, неспособной давать электроэнергию в нужных количествах.

Строительство ветряных установок усложняется необходимостью изготовления лопастей турбины больших размеров. Так, по проекту ФРГ установка мощностью 2-3 МВт должна иметь диаметр ветрового колеса 100м, причём она производит такой шум, что возникает необходимость отключения её в ночное время.

В штате Огайо была построена крупнейшая в мире ветросиловая установка 10МВт. Проработав несколько суток, была продана на слом по цене 10дол. За тонну. В радиусе нескольких километров жить стало невозможно из-за инфразвука, совпадающего с альфа-ритмом головного мозга, что вызывает психические заболевания.

К серьёзным негативным последствиям использование энергии ветра можно отнести помехи для воздушного сообщения и для распространения радио-и телеволн, нарушения путей миграции птиц, климатические изменения вследствие нарушения естественной циркуляции воздушных потоков.

Солнечная энергия.

Солнечная энергия. Техническое использование солнечной энергии осуществляется в нескольких формах: применение низко – и высокотемпературного оборудования, прямое преобразование солнечной энергии в электрическую на фотоэлектрическом оборудовании.

Принципиальными особенностями солнечного излучения являются огромные потенциальные ресурсы (в 4000 раз превышает прогнозируемые энергопотребности человечества в 2020 году) и низкая интенсивность. Так, среднесуточная интенсивность солнечного излучения для средней полосы европейской части России составляет 150Вт/м, что в 1000раз меньше тепловых потоков в котлах ТЭС.

К сожалению, пока не видно, какими путями эти огромные потенциальные ресурсы можно реализовать в больших количествах. Одним из наиболее важных препятствий является низкая интенсивность солнечного излучения, что проблему необходимости концентрирования солнечной энергии в сотни раз ещё до того, как она превратится в тепло. Практическая реализация концентрации солнечной энергии требует отчуждения огромных земельных площадей. Для размещения солнечной электростанции (СЭС) мощностью 1000МВт (Эл) в средней полосе европейской части необходима площадь при 10%к.п.д. в 67км2. К этому надо добавить ещё и земли, которые потребуются отвести под различные промышленные предприятия, изготавливающие материалы для строительства и эксплуатации СЭС.

Следует подчеркнуть, что материалоёмкость, затраты времени и людских ресурсов в солнечной энергетике в 500 раз больше, чем в традиционной энергетике на органическом топливе и в атомной энергетике.

Действующая в Крыму СЭС мощностью 5 МВт потребила в 1988 году на собственные нужды в 20 раз больше энергии, чем произвела.

Геотермальная энергия

Отрицательными экологическими последствиями использования геотермальной энергии подземных источников горячей воды является возможность пробуждения сейсмической активности в районе электростанции, опасность локального оседания грунтов, эмиссия отравляющих газов (пары ртути, сероводорода, аммиака, двуокиси и окиси углерода, метана), которые представляют опасность для человека, животных и растений.

Проведенные исследования показали, что возможная роль возобновляемых источников энергии не выходит за пределы вспомогательного энергоресурса, решающего региональные проблемы. Ресурсы таких источников, как гидроэнергетика, энергия ветра, морских волн и приливов, недостаточны. Солнечная энергетика и энергия геотермальная с теоретически неограниченными ресурсами характеризуются чрезвычайно низкой интенсивностью поступающей энергии.

Кроме того необходимо помнить, что с использованием новых видов энергии возникает и новый тип экологических последствий, которые могут привести к изменению природных условий в глобальных масштабах и которые пока в полной мере трудно представить. Исследования последних лет показали, что на определенные планы с термоядерным синтезом (проект ИТЭР) преждевременно рассчитывать.

Тепловые электростанции.

Тепловые электростанции (ТЭС) появились в конце 19-ого века почти одновременно в России, США и Германии, а вскоре и в других странах. Первая центральная электрическая станция была введена в эксплуатацию в Нью-Йорке в 1882 году для осветительных целей. Первая крупная тепловая электростанция с паровыми турбинами вступила в строй в 1906 году в Москве. Сегодня ни один более или менее крупный город не обходится без собственных электростанций. Тепловая электростанция – сложное и обширное хозяйство, порой она занимает территорию в 70 га, помимо главного корпуса, где размещаются энергоблоки, здесь располагаются различные вспомогательные производственные установки и сооружения, электрические распределительные устройства, лаборатории, мастерские, склады и т.д. Генераторы тепловых электростанций вырабатывают ток напряжением в десятки киловольт. Мощность теплоэлектростанций сегодня достигает сотен МВт. В США существует ТЭС мощностью 1,2-1,5 млн. кВт и более. В нашей стране от них поступает к потребителям наибольшая часть получаемой электроэнергии (69%). Особый вид тепловых электростанций – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Эти предприятия производят энергию и тепло одновременно, поэтому коэффициент полезного действия используемого топлива у них достигает 70%, а у обычных тепловых электростанций лишь 30-35%. ТЭЦ всегда размещают вблизи потребителей – в крупных городах, так как передавать тепло (пар, горячую воду) без больших потерь можно максимум на 15-20 километров.

Размещение электростанций зависит от двух основных факторов – топливно-энергетических ресурсов и потребителей энергии, поэтому тепловые электростанции размещаются в районах топливных баз при наличии малокалорийного топлива – его не выгодно далеко перевозить. Например, Канско-Ачинский уголь использует Берёзовская ГРЭС-1 (ГРЭС – государственная районная электростанция). На попутном нефтяном газе работают две Сургутские электростанции. Если же электростанции используют высококалорийное топливо, которое выдерживает дальние перевозки (природный газ), они строятся ближе к местам потребления электроэнергии.

Тепловая энергетика оказывает огромное влияние на окружающую среду, загрязняет воду и атмосферный воздух. Самая грязная и экологически опасная – угольная электростанция. При мощности в 1 млрд. Вт она ежегодно выбрасывает в атмосферу 36,5 млрд. куб. метров горячих газов, содержащих пыль, вредные вещества и 100 млн. куб. метров пара. В отходы идут 50 млн. куб. метров сточных вод, в которых содержится 82 тонны серной кислоты, 26 тонн хлоридов, 41 тонна фосфатов и 500 тонн твёрдой извести. Ко всем этим выбросам необходимо добавить углекислый газ – результат сгорания угля. Наконец, остаётся 360 тысяч тонн золы, которую приходится складировать. В целом для работы угольной электростанции ежегодно требуется 1 млн. тонн угля, 150 млн. кубических метров воды и 30 млрд. кубических метров воздуха. Если учесть, что такие электростанции работают десятилетиями, то их воздействие на окружающую среду можно сравнить с вулканической деятельностью. Каждый крупный город имеет несколько подобных «вулканов». Например, энергией и теплом Москву обеспечивает 15 теплоэлектроцентралей. В течение 20-ого века тепловые электростанции существенно повысили концентрацию ряда газов в атмосфере. Так, концентрация углекислого газа выросла на 25% и продолжает ежегодно увеличиваться на 0,5%, вдвое выросла концентрация метана и увеличивается на 0,9% в год, постоянно растут концентрации оксидов азота и двуокиси серы. Насыщенный парами воздух разъедает здания и сооружения, ранее устойчивые соединения становятся неустойчивыми, нерастворимые вещества переходят в растворимые и т.д. Избыточное поступление питательных веществ в водоёмы ведёт к их ускоренному «старению», заболевают леса, повышается уровень напряжения электромагнитных полей. Всё это чрезвычайно негативно сказывается на здоровье людей, риск преждевременной смерти увеличивается. Кроме того, повышенное содержание углекислого газа и метана в атмосфере является одной из причин возникновения парникового эффекта.

Парниковый эффект.

Есть несколько точек зрения на эту проблему. Согласно недавним решениям ООН для улучшения климата Земли наиболее развитый государства, такие как США, Япония и страны Европейского союза, обязаны сократить к 2012 году объём выброса тепличных газов на 6% по сравнению с 1990 годом. Однако многие специалисты считают, что и этого недостаточно. Они настаивают на 60%, по их мнению, в борьбу должны включиться не только развитые страны, но и все остальные. Но есть и другая точка зрения: В 1997 году почти 1700 американских учёных подписали обращение к президенту страны, где поставили под сомнение сам подход к решению проблемы. Выбрасываемый промышленностью углекислый газ практически не влияет на климат, считают они. Вулканические извержения, другие природные катаклизмы поставляют подобных соединений куда больше. Например, учёные обратили внимание, что из подпочвенных слоёв тундры в последнее время стало выделяться больше углекислого газа и метана, чем прежде, а по оценкам учёных здесь содержится примерно треть всех земных углесодержащих газов. Было установлено, что с каждого кв. метра тундры вода уносит 5 граммов углесодержащих веществ, примерно половина из них растворяется в реках, озёрах, ручьях, а затем поступает в атмосферу, остальные уходят в Северный Ледовитый океан. Средняя температура поверхности Земли за последний год поднялась на полградуса, но, по словам экспертов, им потребуется несколько лет,

чтобы определить, свидетельствуют ли данные показатели об ускорении глобального потепления. По мнению учёных, парниковых эффект – результат того, что климат Земли постоянно меняется. Возможно, сейчас происходит потепление, так как заканчивается последний ледниковый период, а колебания климата связаны с солнечной активностью, появлением пятен, увеличением излучаемого тепла. Опасности, связанные с повышением концентрации углекислого газа в атмосфере состоят в повышении температуры Земли. Но общепринятые оценки метеорологов показывают, что повышение содержания углекислого газа в атмосфере приведёт к повышению температуры практически только в высоких широтах, особенно в Северном полушарии, причём в основном это потепление произойдёт зимой. По оценки специалистом Института сельхозметеорологии Роскомгидромета повышение концентрации этого газа в атмосфере в два раза приведёт к удвоению полезной сельскохозяйственной площади России, с 5 до 11 млн. кв. километров. В различных источниках также указываются возможные повышения уровня Мирового океана в пределах от 0,2 до 1,4м, многие утверждают, что скоро нас ожидает великий потоп. Но почти все ледники Северного полушария растаяли около 9 тысяч лет назад, осталась только Гренландия. Но и она вместе со льдами Северного Ледовитого океана не повысит при таянии уровень Мирового океана даже на 1мм.

Основные показатели стран, развивающих теплоэнергетику

Из таблицы совершенно очевидно, что все ведущие страны, даже при очень развитой технологии, не могут избавиться от огромных выбросов, отравляющих атмосферу. Оксид серы, диоксид углерода, способствуют развитию сердечнососудистых и онкологических заболеваний, которые по смертности являются ведущими в мире. Обращает на себя внимание тот факт, что при работе ТЭС так же, как и при работе АЭС, образуются радионуклиды, которые на ТЭС никак не улавливаются.

Приливные электростанции.

Уровень воды в течение суток меняет 4 раза, такие колебания особенно заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. ПЭС двустороннего действия (турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно) способны вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 часов с перерывами в 1-2 часа четыре раза в сутки.

Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 году во Франции в устье реки Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8,4 м. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2,5 раза превосходит расходы на возведение ГЭС такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной электростанции оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ранс входит в энергосистему Франции и эффективно используется. В 1968 году на Баренцевом море вступила в строй опытно-промышленная ПЭС проектной мощностью 800 кВт. Место её строительства – Кислая губа представляет собой узкий залив шириной 150 м и длиной 450 м. Существуют проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется также использовать огромный энергетический потенциал Охотского моря, где местами, например в Пенжинской губе, высота приливов достигает 12,9 м, а в Гижигинской губе – 12-14 м. В 1985 году была пущена в эксплуатацию ПЭС в заливе Фанди в Канаде мощностью 20 МВт (амплитуда приливов здесь составляет 19,6 м). В Китае построены три приливные электростанции небольшой мощности. В Великобритании разрабатывается проект ПЭС мощностью 1000 МВт в устье реки Северн, где средняя амплитуда приливов составляет 16,3 м.

С точки зрения экологии ПЭС имеют бесспорное преимущество перед тепловыми электростанциями, сжигающими нефть и каменный уголь. Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения недавно созданной геликоидной турбины Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на их строительство. Первые бесплотинные ПЭС намечено соорудить в ближайшие годы в Южной Корее.

Солнечные космические электростанции.

Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности Земли мешает атмосфера, поэтому появляются проекты размещения солнечных электростанций в космосе, на околоземной орбите. У таких станций есть несколько достоинств: невесомость позволяет создать многокилометровые конструкции, которые необходимы для получения энергии; преобразование одного вида энергии в другой неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить опасное перегревание земной атмосферы.

К проектированию солнечных космических электростанций (СКЭС) конструкторы приступили ещё в конце 60-ых годов 20-ого века. Было предложено несколько вариантов транспортировки энергии из космоса на Землю, но наиболее рациональным было признано предложение использовать её на месте выработки, для этого необходимо перенести основных потребителей электроэнергии (металлургия, машиностроение, химическая промышленность) на спутник Земли Луну или астероиды. Любой вариант СКЭС предполагает, что это колоссальное сооружение, причём не одно. Даже самая маленькая СКЭС должна весить десятки тысяч тонн. Современные средства выведения в состоянии доставить на низкую – опорную орбиту необходимое количество блоков, узлов и панелей солнечных батарей.

Строительство солнечных космических электростанций сейчас кажется фантастикой, но в скором времени, возможно, появится первая СКЭС, которая даст начало новому уровню развития энергетики.

Не зря говорят: «Энергетика – хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие – «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря – о богатстве любого государства.

В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.

За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.

К энергии собственных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня – гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя.

Потом люди придумали мельницы – технику для преобразования энергии ветряных потоков и ветра в механическую энергии вращающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжение достаточно мощные технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и – уже в середине ХХ столетия – атомные реакторы.

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для другого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выбросы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят большой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В худшем случае такой пожар может сопровождаться взрывом с образованием облака угольной пыли или сажи.

Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. А какой вред причиняют природе гидроэлектростанции! Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато вред водной среде наносит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены гидроэлектростанции, особенно если их несколько - так называемые каскады ГЭС, – резко меняется количество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельского хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей.

Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда - дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной энергетике. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возобновимые - малые, или «нетрадиционные», – виды получения энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.

Энергия воды

С середины нашего века началось изучение энергетических ресурсов, относящихся к «возобновляемым источникам энергии».

Океан - гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов - результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.

Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.

Приливные электростанции

Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Древние греки объясняли колебание уровня воды волей повелителя морей Посейдона. В XVIII в. английский физик Исаак Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные массы воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет от 4 до 20 м.

Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн - перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы 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. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины…