Основні джерела виробництва електричної енергії - Технічні науки - Скачать бесплатно

До традиційних джерел виробництва електроенергії прийнято відносити виробництво електроенергії на ТЕС, ГЕС і АЕС. Кожна з сучасний електростанцій має свої недоліки: ГЕС – змінами водного балансу та випливаючими з цього негативними впливами на екосистеми, ТЕС – викидами в атмосферу шкідливих речовин, тепловим забрудненням рік, АЕС – загрозою радіоактивного забруднення.

Вирбництво електроенергії на ТЕС (теплових електростанціях) займає у світі сьогодні перше місце. Однак ТЕС досить сильно забруднюють навколишнє середовище.

Гідроенергетика має великі перспективи розвитку. Питома вага гідроенергії у світовому енергетичному балансі на середину 90-х років дорівнювала 20%. За потужністю (більш 5 млн кВт) і кількістю електростанцій першість належить Бразилії, США та Венесуелі. У Росії споруджено кілька каскадів ГЕС: Волго-Камський, Ангаро-Єнісейський. На Ангаро-Єнісейському каскаді діють Саяно-Шушенська (6,4 млн кВт), Красноярська (6 млн Вт), Братська (4,5 млн кВт), Усть-Ілімська (4,3 млн кВт) та інші ГЕС. Великі ГЕС споруджені у Бразилії, США, Канаді. Наприклад, Гранд-Кулі на р. Колумбія у США (10,8 млн кВт), Черчил у Канаді (5,2 млн кВт), Ітайпу в Бразилії (12,6 млн кВт). В Китаї будується найбільша в світі ГЕС "Три ущелини" на річці Янцзи потужністю 17,7 млн кВт.

Попри гідроенергетичне будівництво, що триває в усьому світі, роль ГЕС в енергопостачанні постійно зменшується. Це пояснюється вищими темпами спорудження ТЕС, що працюють на мінеральному паливі.

Атомна енергетика стала окремою галуззю енергетики після другої світової війни. Сьогодні вона відіграє важливу роль в електроенергетиці багатьох країн світу.

Атомні електростанції (АЕС) використовують транспортабельне паливо — уран, їх розташовують незалежно від паливно-енергетичного фактора та орієнтують на споживачів у районах з напруженим паливно-енергетичним балансом. Оскільки АБС дуже водомісткі, їх споруджують біля водних джерел. До найбільших експортерів уранових концентратів належать Канада, Австралія, ПАР, Нігер, Бразилія і США. Роль атомних електростанцій безперервно зростає. Станом на 1995 рік у світі вже працювало 428 реакторів загальною потужністю 358 млн кВт, 108 реакторів 30 % потужностей) було в США, 55 (17 % потужностей) - у Франції, 49 (10 % потужностей) - в Японії, більш як по 10 реакторів мали ФРН, Канада, Великобританія, Росія, Україна, Швеція та Республіка Корея (кожна з країн 4-6 %світових потужностей АЕС). В окремих країнах частка електроенергії, що виробляється на атомних станціях, винятково велика. Так, у Франції АЕС виробляють 3/4 електроенергії країни, в Бельгії та Литві - 3/5, в Україні, Швеції, Угорщині, Словаччині і Республіці Корея - понад 1/3. Видобуток урану для атомної енергетики світу зосереджений у невеликій групі країн: Канаді, ПАР, Австралії СІЛА, Нігері, Франції, ФРН, Україні, Казахстані, Узбекистані.

Електроенергетика вкрай потрібна галузь для сучасного суспільства. Однак крім великої користі вона приносить чимало екологічних проблем. Використання лише традиційних джерел енергії (нафти, газу, ядерного палива) руйнує і забруднює землю, водні ресурси й повітря. Спробуємо розглянути їх та визначити можливі шляхи їх вирішення.

Гідроенергетичні технології мають багато пере­ваг, але є й значні недоліки. Приміром, дощові се­зони, низькі водні ресурси під час засухи можуть сер­йозно впливати на кількість виробленої енергії. Це може стати значною проблемою там, де гідроенер­гія складає значну частину в енергетичному комп­лексі країни; будівництво гребель є причиною бага­тьох проблем: переселення мешканців, пересихан­ня природних русел річок, замулення водосховищ, водних суперечок між сусідніми країнами, значної вартості цих проектів. Будівництво ГЕС на рівнин­них річках призводить до затоплення великих тери­торій. Значна частина площі водойм, що утворю­ються, — мілководдя. У літній час за рахунок со­нячної радіації в них активно розвивається водяна рослинність, відбувається так зване «цвітіння» води.

Зміна рівня води, яка подекуди доходить до повного висушування, призводить до загибелі рослинності. Греблі перешкоджають міграції риб. Багатокаскадні ГЕС уже зараз перетворили річки на низку озер, де виникають болота. У цих річках гине риба, а навко­ло них змінюється мікроклімат, ще більше руйную­чи природні екосистеми.

Щодо шкідливості ТЕС, то під час згоряння палива в теплових двигунах виділяються шкідливі речовини: закис вуглецю, сполуки азоту, сполуки свинцю, а також виділяється в атмосферу значна кількість теплоти. Крім того, застосування парових турбін на ТЕС потребує відведення великих площ під ставки, в яких охолоджується відпрацьована пара. Щорічно у світі спалюється 5 млрд. тонн вугілля і 3,2 млрд. тонн нафти, це супроводжується викидом в атмосферу 2-10'°Дж теплоти. Запаси органічного палива на Землі розподілені вкрай нерівномірно, і за теперішніх темпів споживання вугілля вистачить на 150—200 років, нафти - на 40—50 років, а газу приблизно на 60 років. Весь цикл робіт, пов'язаних з видобутком, перевезенням і спалюванням органіч­ного палива (головним чином вугілля), а також ут­воренням відходів, супроводжується виділенням великої кількості хімічних забруднювачів. Видобуток вугілля пов'язаний із чималим засоленням водних резервуарів куди скидаються води із шахт. Крім цьо­го, у воді, що відкачується, містяться ізотопи радію і радон. ТЕС, хоча й має сучасні системи очищення продуктів спалювання вугілля, викидає за один рік в атмосферу за різними оцінками від 10 до 120 тис. тонн оксидів сірки, 2—20 тис. тонн оксидів азоту, /700—1500 тонн попелу (без очищення — в 2т-3 рази більше) і виділяє 3—7 млн. тонн оксиду вуглецю. Крім того, утворюється понад-300 тис. тонн золи, яка містить близько 400-т токсичних металів (Арсену, кадмію, свинцю, ртуті). Можна відзначити, що ТЕС, яка працює на вугіллі, викидає в атмосферу більше радіоактивних речовин, ніж АЕС такої самої потужності. Це пов'язано з ви­кидом різних радіоактивних елементів, що містяться у вугіллі у вигляді вкраплень (радій, торій, полоній та ін.). Для кількісної оцінки дії радіації вводиться по­няття «колективна доза», тобто добуток значення дози на кількість населення, що зазнало впливу радіації (він виражається у людино-зівертах). Виявилося, що на початку 90-х років минулого століття щорічна колективна доза опромінення населення України за рахунок теплової енергетики становила 767 люд/зв і за рахунок атомної— 188 люд/зв.

У наш час в атмосферу щорічно викидається 20—30 млрд. тонн оксиду вуглецю. Прогнози свідчать, що при збереженні таких темпів у майбутньому до середини століття середня температура на Землі може підвищитися на декілька градусів, що призведе до непередбачених глобальних кліматичних змін. Порівнюючи екологічну дію різних енергоджерел, необхідно врахувати їх вплив на здоров'я людини. Високий ризик для працівників у випадку викорис­тання вугілля пов'язаний із його видобутком у шахтах і транспортуванням і з екологічним впливом про­дуктів його спалювання. Останні дві причини стосу­ються нафти й газу та впливають на все населення. Встановлено, що глобальний вплив викидів від спа­лювання вугілля й нафти на здоров'я людей діє при­близно так само, як аварія типу Чорнобильської, що повторюється раз на рік. Це - «тихий Чорнобиль», наслідки якого безпосередньо невидимі, але постійно впливають на екологію. Концентрація токсичних домішок у хімічних відходах стабільна, і врешті-решт усі вони перейдуть у екосферу, на відміну від радіо­активних відходів АЕС, що розпадаються.

У цілому реальний радіаційний вплив АЕС на природне сере­довище є набагато (у 10 і більше разів) меншим при­пустимого. Якщо врахувати екологічну дію різнома­нітних енергоджерел на здоров'я людей, то серед не відновлюваних джерел енергії ризик від нормаль­но працюючих АЕС мінімальний як для працівників, діяльність яких пов'язана з різними етапами ядер­ного паливного циклу, так і для населення. Глобаль­ний радіаційний внесок атомної енергетики на всіх етапах ядерного паливного циклу нині становить близько 0,1 % природного фону і не перевищить 1 % навіть при найінтенсивнішому її розвитку в майбут­ньому.

Видобуток і переробка уранових руд також пов'язані з несприятливою екологічною дією. Колек­тивна доза, отримана персоналом установки і насе­ленням на всіх етапах видобутку урану й виготов­лення палива для реакторів, становить 14 % повної дози ядерного паливного циклу. Але головною про­блемою залишається поховання високоактивних відходів. Обсяг особливо небезпечних радіоактивних відходів становить приблизно одну стотисячну час­тину загальної кількості відходів, серед яких є висо­котоксичні хімічні елементи та їх стійкі сполуки. Розробляються методи їх концентрації, надійного зв'язування й розміщення у тривких геологічних формаціях, де за розрахунками фахівців, вони мо­жуть утримуватися протягом тисячоліть Серйозним недоліком атомної енергетики є ра­діоактивність використовуваного палива і продуктів його поділу. Це вимагає створення захисту від різно­го типу радіоактивного випромінювання, що знач­но підвищує вартість енергії, яку виробляють АЕС. Крім цього, ще одним недоліком АЕС є теплове забруднення води, тобто її нагрівання.

Цікаво відзначити, що за даними групи англійсь­ких медиків, особи, що працювали протягом 1946— 1988 рр. на підприємствах британської ядерної про­мисловості, живуть у середньому довше, а рівень смертності серед них від усіх причин, включаючи рак, значно нижчий. Якщо враховувати реальні рівні радіації та концентрації хімічних речовин в атмо­сфері, то можна сказати, що вплив останніх на фло­ру в цілому досить значний порівняно із впливом радіації.

Наведені дані свідчать, що за нормальної роботи енергетичних установок екологічний вплив атомної енергетики у десятки разів нижчий, ніж теплової.

Невиправним лихом для України залишається Чорнобильська трагедія. Але вона більше стосуєть­ся того соціального строю, що її породив, ніж атом­ної енергетики. Адже ні на одній АЕС у світі, крім Чорнобильської, не було аварій, що безпосередньо призвели до загибелі людей.

Імовірнісний метод розрахунку безпеки АЕС у цілому свідчить, що при виробленні однієї й тієї самої одиниці електроенергії, імовірність великої аварії на АЕС у 100 разів нижча, ніж у випадку вугільної енер­гетики. Висновки з такого порівняння очевидні.

У 2004 році світове виробництво електроенергії перевищило 12 млрд кВт • год, 2/3 її виробляється на теплових (ТЕС), 1/6 - гідравлічних, 1/6 - на атомних елек­тростанціях. Теплові станції використовують як паливо переважно вугілля та мазут, оскільки нафта та газ більш цінні енергоносії. Будівництво ТЕС порівняно де­шеве, але несприятливим є екологічний вплив - забруднення атмосфери та тепло­ве забруднення. Гідроелектростанції, навпаки, дорогі в будівництві, але дають де­шеву енергію, їх будівництво залежить від запасів гідроресурсів, які зосереджені в гірських районах Азії та азіатської частини СНД, Північної та Південної Амери­ки, екваторіальної Африки.

Отже, сьогодні електроенергію можна отримувати найрізноманітнішими способами, але до основних джерел виробництва електричної енергії прийнято відносини ТЕС (теплові електростанції – отримання енергії за рахунок спалювання вугілля, газу або нафтопродуктів), ГЕС (гідроелектростанції – отримання електроенергії за рахунок перепаду рівня води, яка обертає гідротурбіни), АЕС (атомні електростанції – відносно нові, але досить поширені електростанції, які дають змогу отримувати з атомної енергії електроенергію).

Література

Проблеми сучасної енергетики / За ред. Коваленко І.М. – К., 1994.

Словник-довідник з фізики. – М., 1994.