Название: Экологические аспекты концепции устойчивого развития(Бардаханов С. П. )

Жанр: Гуманитарные

Просмотров: 1227


3.3.2. альтернативные источники энергии

     Однако в долгосрочной перспективе, несомненно, придется заменять традиционные виды ископаемого топлива как невозобновляемые, поскольку в соответствии с законами термодинамики сберегать можно только до определенного предела. Какие же, вообще говоря, источники могут быть доступны в качестве возобновляемых?

     Как мы уже говорили, природные экосистемы устойчивы, прежде всего, потому, что они существуют за счет обильной, практически неисчерпаемой и экологически чистой солнечной энергии. Если бы удалось увеличить использование солнечной энергии для нужд человека, то многие проблемы удалось бы решить.

     Перечислим возобновляемые источники энергии, использование которых принципиально возможно. 1. Прямое солнечное нагревание. 2. «Солнечные элементы», или прямое преобразование солнечной энергии в электрическую. 3. Энергия, извлекаемая из растений (дрова, путем брожения – спирт, метан). 4. Использование термальной энергии океана. 5. Энергия приливов и отливов. 6. Энергия воды (например, ГЭС, но без водохранилищ). 7. Энергия ветра (ветроэлектрогенераторы). 8. Геотермальная энергия.

Подсчитано, что Солнце будет гореть еще несколько миллиардов лет, поэтому запасы солнечной энергии практически неисчерпаемы, и ее можно отнести к возобновляемым энергоресурсам. Известно, что в фотосинтезе используется только 1 \% солнечной энергии. Примерно такое же количество солнечной энергии достаточно для обеспечения всех нужд транспорта, промышленности и нашего быта не только сейчас, но и в обозримом будущем, причем на энергетическом балансе Земли это никак не отразится. Однако солнечная энергия поступает на всю поверхность Земли и ее нужно уметь концентрировать. Главной задачей является такое использование солнечной энергии, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю.

     Использование солнечной энергии обосновано тем, что уровни температур для отопления составляют 20…22 °С, а для горячего водоснабжения 50…60 °С. Это сравнительно невысокие температуры, однако сейчас они достигаются путем сжигания ископаемых топлив при температуре выше 1000 °С, что очень невыгодно. Еще менее экономично использование электроэнергии для этих целей. Однако все ощущали, каким горячим может быть песок даже на сибирском пляже. Поэтому, чтобы, по крайней мере, иметь горячую воду летом, можно нагревать ее солнцем. Для этого достаточно иметь плоский солнечный коллектор.

     Разрабатываемые для этих целей системы бывают двух типов – активные и пассивные, иногда в них входит тепловой аккумулятор. В активных солнечных нагревательных системах насосы или вентиляторы перегоняют воздух или воду от коллектора к обогреваемому помещению. Пока эти системы достаточно сложны и их обслуживание обходится недешево. В пассивных солнечных нагревательных системах для подачи воздуха и воды используются естественные конвекционные потоки, т. е. то обстоятельство, что теплые воздух и вода легче холодных и движутся вверх. Необходимость в дополнительной тепловой энергии сохраняется почти во всех районах мира, и на солнечной энергии можно сэкономить существенное количество энергии, направляемой на отопление. То же самое касается и водоснабжения. Такие работы уже проводятся. Например, известно, что Кипр и Израиль широко используют солнечную энергию для горячего водоснабжения жилых помещений.

     Под прямым преобразованием солнечной энергии в электрическую в основном понимается использование фотоэлектрических преобразователей, или солнечных батарей – «солнечных элементов», или нагревание воды до кипения для получения пара и использования его для приведения в действие турбогенераторов.

     Всем известно, что солнечные батареи применяются на космических кораблях для автономного снабжения их электроэнергией. Накоплен некоторый опыт их использования в жилищах, в том числе в Сибири. В мире существует и около двух десятков гелиоэлектростанций, в которых действительно электроэнергия вырабатывается с использованием пара.

     Другие перечисленные возобновляемые источники энергии представляют собой непрямое использование солнечной энергии.

     Энергию биомассы можно использовать либо непосредственно в виде топлива, либо переработкой в различные его виды. Например, дрова являются наиболее древним и распространенным источником тепла. Питание бактерий органикой в анаэробных условиях сопровождается выделением так называемого биогаза, на две трети состоящего из метана. В частности, биогаз образуется из канализационного ила, а также на свалках. Когда дрожжи питаются сахаром и/или крахмалом, то в качестве побочного продукта выделяется спирт, перегонка его раствора дает не только алкогольный напиток, но и хорошее топливо. Однако переработка органических веществ в биогаз может часто вызывать не меньший экологический ущерб, чем использование традиционных энергоносителей.

     Поскольку солнечное излучение – движущая сила круговорота воды в природе, энергия воды, или гидроэнергия, также относится к преобразованной энергии солнца. Однако несмотря на то, что движущаяся вода и представляет собой возобновляемый, не загрязняющий среду энергоресурс, развитие гидроэнергетики связано с огромными сложностями. За примерами далеко ходить не надо. Новосибирская ГЭС, хотя и сформировала новый ландшафт и места отдыха, однако затопление огромных территорий привело к исчезновению ценных сельскохозяйственных угодий. Поскольку расход воды, проходящей через плотину ГЭС, регулируется в зависимости от потребностей в электроэнергии, ниже по течению уровень реки может меняться от почти полного пересыхания до паводковых отметок. Экологические нарушения вызываются и снижением количества биогенов, достигающих устья реки. То же самое имеет место на всех крупных реках России, таких, например, как Енисей и Волга. Следовательно, любые предложения по строительству новых ГЭС должны рассматриваться с учетом того, окупают ли доходы от электроэнергии экологический и социальный ущерб, наносимый созданием водохранилища. Известно, в частности, что ГЭС в Новосибирске давно уже играет очень малую роль в снабжении области электроэнергией. И не зря общественность вела долгую борьбу за отмену строительства электростанции на Катуни. Если она будет построена, то масса биоценозов (и не только алтайских) будет разрушена.

     Однако есть огромный резерв повышения выработки электроэнергии за счет сооружения большого числа мелких электростанций на небольших горных реках. В свое время такие работы интенсивно велись в нашей стране. А потенциал здесь таков, что это может быть равноценно строительству десятков атомных или работающих на угле электростанций.

     Энергия ветра также представляет собой одну из форм преобразованной солнечной энергии, так как его причиной является неравномерное нагревание атмосферы Солнцем. Эта энергия используется людьми с глубокой древности, примером тому могут служить парусные суда и ветряные мельницы. Например, в Техасе возле ферм можно увидеть множество ветродвигателей, которые в прошлые годы позволяли американцам в сельской местности получать электроэнергию для помола зерна и выкачивания воды из скважин. В Калифорнии в 1987 г. работало около 17 тыс. ветротурбин суммарной мощностью примерно 1500 МВт, т. е. они существенно превышали по мощности крупную атомную электростанцию. В целом, это очень перспективный путь, поскольку в большинстве регионов мира есть территории, где ветры дуют практически постоянно. Электроэнергия, получаемая на ветроустановках, очень дешевая, поскольку по американским данным ее стоимость составляет 1,25 доллара за ватт, в то время как на угольных и АЭС она равна 3 и 5 долларам за ватт соответственно.

     Геотермальной энергией называется тепло земных недр, которое возникает вследствие постоянного высвобождения энергии в результате распада радиоактивных природных веществ. Такая энергия также практически неисчерпаема и вечна, у нас она проявляется, например, на Камчатке в виде паровых фонтанов. В мире есть ряд установок, работающих на такой энергии. Однако на пути использования этой энергии возникает множество проблем. Естественные горячие пар и вода, выносимые на поверхность земли, чаще всего содержат высокие концентрации солей и других загрязнителей. В результате имеет место быстрая коррозия турбин и другого оборудования, а неконтролируемый слив этих вод может наносить большой ущерб окружающей среде. Теоретически можно пробурить две глубоких скважины до горячих сухих пород, затем закачивать туда воду, и из одной скважины получать пар для турбины. В этом случае вода могла бы быть оборотной и не загрязнять среду. Однако бурить надо на глубину около 7 км, затем создавать там полость. Даже бурение на такую глубину представляет некоторые сложности, поэтому известны только лишь единичные попытки проделать такую работу.

     В приливах и отливах также содержится огромная энергия. Известное простое решение – при отливе нужно устанавливать одно направление лопастей турбины, при приливе – менять его на противоположное, в результате обеспечивается безостановочная работа турбины. Такие электростанции известны, в том числе в нашей стране в заливе Кислая губа на Баренцевом море. Однако опыт их эксплуатации показывает, что при современной технике амплитуда колебаний уровня воды должна быть не менее 6 метров, иначе на постройку и эксплуатацию электростанции пойдет больше энергии, чем она сможет давать. На Земле есть около 15 таких мест, причем максимальная амплитуда достигает 18 метров. Однако плотины таких электростанций сами по себе могут привести к существенному влиянию на окружающую среду вследствие задержки наносов, препятствования миграции живых организмов и перемешиванию пресных вод. Кроме того, поскольку таких мест мало, то их возможный вклад в энергетику пока оценивается как незначительный. Что же касается энергии морских волн, то пока здесь успехи более чем скромны.

     Итак, мы обсудили возможные источники энергии, которые могут быть использованы помимо основных традиционных. При этом не были рассмотрены особенности угольных электростанций и ядерных, так как считаем, что Вы в основном знакомы с их устройством и проблемами. Зато были проанализированы другие альтернативные источники энергии.

     Таким образом, еще далеко до полной замены ископаемых и традиционных источников энергии альтернативными, но над всеми ими нужно работать. Тем более, что уже сейчас, с точки зрения охраны окружающей среды и устойчивого развития использование ветротурбин, солнечных батарей и биогаза вполне оправдано даже на современном уровне развития техники.