Экологические проблемы современной энергетики. Альтернативные источники энергии

ГОУ ВПО Смоленский государственный университет

Кафедра биологии и методики ее преподавания

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

Экологические проблемы современной энергетики.

Альтернативные  источники энергии

 

 

 

студентки III курса естественно-географического факультета

по специальности «Экология», заочное отделение 

Голяшевой Екатерины Сергеевны

 

 

 

Руководитель:

Семионенков О.

 

 

 

 

 

Смоленск

2013

 

 

Содержание.

Введение. 3

1. Энергетические ресурсы 4

1.1 Невозобновимые энергоресурсы. Топливо 4

1.2 Возобновимые энергоресурсы 7

1.3 Геофизические энергоресурсы 7

2. Экологические проблемы современной энергетики 10

3. Альтернативные источники получения энергии 14

3.1 Солнечная энергия 14

3.2 Гидроэнергия 17

3.3 Энергия  ветра 28

3.4 Термоядерный синтез 22

Заключение 29

Список используемой литературы. 31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Использование любого вида энергии и производство электроэнергии сопровождается образованием многих загрязнителей  воды и воздуха. Перечень таких загрязнителей  удивительно длинен, а их количества чрезвычайно огромны. Вполне естественно  возникает вопрос, всегда ли использование  энергии и производство электроэнергии должно сопровождаться разрушением  окружающей среды. И если правда, что  любой вид человеческой деятельности неизбежно оказывает вредное  воздействие на природу, то степень  этого вреда различна. Мы не можем  не влиять на среду, в которой живем, поскольку для поддержания жизненных  процессов как таковых необходимо поглощать и использовать энергию.

Человек, безусловно, оказывает влияние на окружающую его среду, однако в природе существуют естественные уравновешивающие механизмы, которые  поддерживают среду и  обитающие в ней сообщества в  состоянии равновесия, когда все  изменения происходят достаточно медленно. Тем не менее во многих случаях хозяйственная деятельность человека нарушает равновесие, создаваемое этими механизмами, что приводит к быстрым изменениям условий окружающей среды, с которыми ни человек, ни природа не могут успешно справиться. Традиционное производство энергии, дающее огромные количества загрязнителей воды и воздуха, - один из видов такой деятельности человека.

Альтернативные  способы получения энергии представляются более мягкими в смысле воздействия на окружающую среду, чем традиционные. Кроме того, все перечисленные источники энергии возобновляемы, т. е. практически они доступны всегда и везде. В последнее время интерес к таким источникам энергии постоянно возрастает, поскольку во многих отношениях они неограниченны. По мере того как поставки топлива становятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся все более привлекательными и более экономичными.

 

1.Энергетические  ресурсы.

1.1 Невозобновимые энергоресурсы. Топливо.

В таблице 1 сопоствавлены запасы и современное потребление главных видов ископаемого топлива.

Таблица 1 Потенциальные  и используемые ресурсы горючих  ископаемых мира (млрд. т условного  топлива)

 

Горючие ископаемые	Оценка  количества в недрах	Разведанные запасы	Потребление
Твердое топливо	7 800	1 280	3,96
Нефть подвижная	430	310	4,72
Тяжелая и запечатанная нефть	1 240	70	0,27
Доступный природный газ	330	110	2,48
Нет радиционный газ Горючие сланцы	353 000   1 600	25   260	0,04   0,08
Итого	364 400	2 055	11,55

 

Разведанные запасы, т.е. количества, которые могут быть добыты из недр при современных технологиях, почти  два порядка меньше геологической  оценки их суммарного содержания в  земной коре. Преобладающая масса  содержится в рассеянных месторождениях горючих сланцев, где концентрация углеводородов ниже 3%. Реальные эксплуатационные запасы в 2-3 раза меньше разведанных. Доступные  запасы нефти и газа примерно на два порядка превышают их современное  годовое извлечение, запасы угля –  на три порядка. Соотношение энергии  используемых угля, нефти и газа в настоящие время близко к 35:43:22. Решающие влияние на объем добычи топлива оказывает пока не конечность запасов, а растущий спрос и политика цен.

        Месторождения  ископаемых видов топлива расположены  неравномерно. По 1/3 потенциальных мировых  запасов угля и газа и более  20% нефти находятся в России. Почти  35% нефти и 17% газа сосредоточено  на Среднем Востоке. Большими  потенциалами угля, газа и нефти  богата Северная Америка. Эти  три региона располагают почти  70% разведанных мировых запасов  ископаемого топлива. Еще неполностью оцененные большие поля месторождений нефти газа расположены в районах континентального шельфа и континентального подножия морей Северного полушария.

        Добыча  топлива сопровождается извлечением  и перемещением большой массы  пустой породы, подземных вод,  использованием значительных объемов  воды и вспомогательных материалов  при бурении скважин, сжигании  больших объемов попутного газа  т.п. На 1 т шахтного угля приходится  обычно от 50 до 100 т пустой породы, а при открытых разработках  может быть еще в несколько  раз больше.

        Кроме  ископаемого топлива в странах  Азии, Африки и Южной Америки  продолжается использование довольно  большого количества растительного  топлива, в основном древесины.  Хотя этот вид топлива, строго  говоря, не относится к невозобновимым ресурсам, в ситуации сокращения площади лесов он должен быть причислен скорее именно к ним. Эти, преимущественно некоммерческие, источники вместе с таким топливом, как биогаз, составляют не менее 9% всей топливной энергетики мира. Таким образом , суммарное количество энергии, получаемое за счет ископаемых и современных биогенных энергоресурсов, составляют около 12,6 млрд т условного топлива в год (370 ЭДж/год); общая их мощность 11700 ГВт.

        Весь  потенциал ископаемых видов топлива,  колоссален по масштабам человеческой  энергетики, но его реальная доступность  даже в будущем вряд ли превысит  доли процента. А по масштабам  земного бюджета солнечной энергии  (2,5млн ЭДж/год) этот потенциал не так уж велик: он немного превышает 4-летний приток.

Следует, однако, помнить, что  земные запасы угля, нефти и газа сложились за несравненно большее  время, минимум за 200-250 млн лет. Поэтому топливо, на образование которого в палеозое уходило несколько тысяч лет, мы сегодня сжигаем за год.

       На втором  месте по значению в энергоресурсах  техносферы стоит ядерное топливо, главным источником которого является ископаемый уран. Большая часть урана в литосфере сильно рассеяна. По данным Мировой энергетической конференции (МИРЭК), общие геологические рудные запасы урана составляют 20,4млн т., в том числе разведанные-3,3млн т. Содержание U в породах большинства месторождений, имеющих перспективное коммерческое значение, колеблется от 0,001 до 0,03%. Поэтому приходится производить значительное рудное обогащение. Природный уран на 99,3% состоит из изотопа U-238, и содержит только 0,7% изотопа U-235, в котором возможна самопроизвольная цепная реакция. Для промышленных целей производят изотопное обогащение урана с доведением содержания U-235 до 3%. Такой уран (в основном в виде UO2)  используются в большинстве современных реакторов.

       При  расходовании 1 кг урана в активной  зоне реактора выделяется в  зависимости от физических условий  до 65 ТДж теплоты. Это соответствует  сжиганию 2300 т угля. Если в качестве  перспективного ресурса принять  разведанные запасы, то общее  количество энергии, которое можно  получить в реакторах на тепловых  нейтронах, составит около 1000ЭДж.  Для реакторов – размножителей на быстрых нейтронах, использующих реакцию деления U-238 и нарабатывающих плутоний, этот потенциал может возрасти до 1400ЭДж и в 2,5 раза превысит сумму разведанных запасов органических топлив. К несчастью, заметная часть этого ресурса уже переведена в оружейный плутоний и вместе с массами отработанных радионуклидов превратилась в потенциал колоссального экологического риска.

       В настоящее  время в мире работает более  400 реакторов АЭС с суммарной  тепловой мощностью около 1200ГВт.  Они потребляют за год около  60тыс.т урана и вносят 10%-й вклад в общее техногенное выделение теплоты от использования невозобновимых энергоресурсов.

 

 

 

1.2.Возобновимые  энергоресурсы. Геофизический потенциал.

       Хотя использование невозобновимых энергоресурсов ископаемых топлив создает самые серьезные экономические и экологические проблемы, человек намного меньше использует возобновимые энергоресурсы природы. Не потому, что они меньше (они намного больше), а потому , что их колоссальная энергия непостоянна , распределена на больших пространствах, мало концентрирована и плохо поддается контролю. Сознавая мощь стихий, человек предпочитает бензобак, ружье, электропровод или лазерный луч, где энергия сжата, канализирована и находится в его полной власти.

       Еще в 1978 г. резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН было введено понятие «новые и возобновляемые источники энергии» (НВИЭ), включавшие гидроэнергию, солнечную геотермальную, ветровую, энергию морских волн, приливов и океана, энергию биомассы древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, бутуминозных песчаников.

Геофизические ресурсы энергии очень велики. Только близкие к поверхности суши и океана перемещение воздушных и водных масс имеют мощность порядка 25 млн ГВт, что в 200 раз больше топливной мощности техносферы. Принципиальное отличие этих ресурсов от топливных заключается в том, что их использование само по себе не сопровождается загрязнением среды и не может повлиять на суммарный тепловой баланс планеты. Однако это совсем не означает их экологической нейтральности: эти ресурсы не могут быть ощутимо затронуты без того, чтобы не наступили труднопредсказуемые изменения климата и географической среды.

        Гидроэнергия стоит на первом месте среди возобновимых ресурсов техносферы. По существу она представляет собой часть кинетической энергии массы осадков. Теоретический потенциал материкового стока близок к 6000 ГВт (190 ЭДж/год). Реальный гидроэнергетический потенциал всех рек мира оценивается в 2900 ГВт. Фактически в настоящие время используется менее 1000 ГВт для выработки гидроэлектроэнергии. В мире работают десятки тысяч ГЭС с общей электрической мощностью 660 ГВт. Для их работы на реках созданы водохранилища, часто целые каскады водохранилищ. Поскольку возраст большинства гидроэнергетических узлов насчитывает несколько десятилетий, а срок их амортизации колеблется от 50 до 200 лет, можно предвидеть немало проблем, связанных с реконструкцией гидроузлов. На рост использования гидропотенциалу уже сейчас накладывается ряд экономических и экологических ограничений. Они же являются  и препятствием для сколько – нибудь значимого использования в глобальном масштабе еще не оценена, и энергии приливов, равной гидропотенциалу рек.

       Суммарная  оценка мощности устойчивых ветров  в нижних слоях атмосферы имеет  порядок 5000 ГВт. Технически возможный  объем ветроэнергетики мал по сравнению с этой величиной (максимальная оценка для 2020 г. – 300 ГВт – «Энергетика мира») и вряд ли составит более 2% всей энергетики техносферы, хотя в отдельных странах эта доля может быть намного больше. Так, в Дании ветросиловые установки обеспечивают уже более 3,7% выработки электроэнергии. Общая установленная электрическая мощность ветроэнергетических установок промышленного типа в мире сейчас достигла 11 ГВт и, вероятно, будет увеличиваться.

       Солнечная энергия по сравнению с другими видами энергии обладает исключительными свойствами: практически неисчерпаема, экологически чистая, управляема, а по величине в тысячи раз превосходит всю энергию других источников, которые сможет использовать человечество. Потенциал эксплуатационного ресурса солнечной энергии оценивается по мощности от 100 до 500 тыс. ГВт. Из-за малой плотности этой энергии техносфера потребляет ничтожную ее часть. Некоторое количество используется в пассивной форме для создания благоприятного теплового режима в системах закрытого грунта. Эта форма использования, а также совершенствование технических средств теплового аккумулирования солнечной энергии и тепловых насосов имеет очень большую перспективу. Однако гелиоэнергетиков больше интересуют способы концентрирования солнечной энергии и ее прямое преобразование в электроэнергию. При этом решающее значение имеют такие факторы, как энергетическая освещенность, площадь улавливания, КПД преобразования и эффективность аккумулирования. Технический потенциал использования солнечной энергии оценивается в 500 ГВт. Общая мощность систем прямого преобразования солнечной энергии в настоящее время достигала 4 ГВт, в том числе наземных фотоэлектрических преобразователей- 0,1ГВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Экологические проблемы современной энергетики.

В мире от сжигания топлива (нефтепродукты, газ, различные биоресурсы) вырабатывается около 80-85% энергии. Хотя по тенденции последних лет доля его постепенно снижается. Среди  источников продуктов сжигания лидирует уголь – 52% (в Китае-75%, В России-18%). В России преобладающим источником энергии является природный газ  – 40%. На долю нефти в России приходится не более 10% (в США-35). От гидроресурсов  мир получает около 5-6% энергии (в  России 20,5%). На атомную энергию приходится 17-18%. В России её доля около 12%, а в  ряде стран она является преобладающей  в энергетическом балансе. Например, Франция – 74%, Бельгия – 61%, Швеция – 45%.