Нетрадиционные источники энергии

     Значит, к вопросу использования леса необходимо подходить с рациональных, научно обоснованных позиций, понимая  при этом, что никакие хозяйственные  интересы сегодняшнего дня не могут  заменить интересы охраны и рационального  использования природы, поскольку природа — это не только определенный «набор» различного вида ресурсов, но живая природа — это еще и основа жизни человека.

     Не  менее сложная ситуация сложилась  в отношении невозобновляемых природных  ресурсов — полезных ископаемых, в  том числе нефти, газа, железа, олова, цинка и пр.

     Ежегодно  человек изымает из недр земли  не менее 100 млрд т различного рода минеральных  и органических продуктов. Потребление  минерального сырья возрастает в  среднем на 5% в год, что означает его удвоение каждые 15 лет. На начало 1990-х годов из недр земли ежегодно в пересчете на каждого из нас изымалось до 20 т минерального сырья.

     Таким образом необходимо полностью пересмотреть наше отношение к полезным ископаемым:

     во-первых, при поисках новых залежей  применяются принципиально новые методы (например, космические съемки);

     во-вторых, по возможности одни виды сырья заменяются другими (вместо металла, например, иногда используется базальт);

     в-третьих, предпринимаются серьезные усилия для максимальной экономии сырья  в производстве;

     и, наконец, все шире используется вторичное  сырье.

     Однако  человек еще не может утверждать, что он научился рационально использовать богатства, данные ему природой. Так, по различным подсчетам, сегодня  из общего количества добытых из недр земли веществ на народнохозяйственные нужды идет всего 20-30% , а остальные 70-80% выбрасываются в виде отходов. 
 
 
 
 
 
 

Энергетическая  проблема 
 

     В сельском хозяйстве с развитием  механизации «гораздо меньшее число  фермеров стали производить гораздо  больше сельскохозяйственной продукции. Но машинам нужно горючее. Поэтому по мере развития механизации сельского хозяйства возрастал расход топлива (энергии) на каждую тонну производимой пищи. К настоящему времени для получения 1 т зерна, кроме человеческих рук и солнечной энергии, требуется баррель нефти (нефтяной баррель составляет 159 л), используемой в виде горючего для сельхозтехники, а также для производства удобрений и пестицидов.

     То  же самое можно сказать по промышленности. Короче говоря, прогресс цивилизации  представляет собой процесс замены человеческого труда другими источниками энергии.

     В настоящее время на долю нефти  приходится 44% общего энергопотребления; доля природного газа в нем составляет 21, а угля — 22%. Ядерное топливо, гидростанции и другие энергоресурсы дают остальные 13%. Существуют четыре основных направления использования энергии, показанные на рис. 17:

     — транспорт - автомобили, автобусы, самолеты, поезда, корабли, трактора, бульдозеры и т. д.;

     — промышленность - металлургия, химический синтез, производство других материалов, изготовление готовых изделий;

     — температурный контроль - отопление  и охлаждение (кондиционирование) помещений, горячее водоснабжение;

     — производство электроэнергии, необходимой  для работы электромоторов, приводящих в действие самое различное оборудование, освещение, бытовой и промышленной электроники.

     Уголь, нефть и природный газ часто  называют ископаемым топливом.

     Хотя  эти ископаемые и образовались в  результате биологических процессов, всякое пополнение их запасов по мере использования исключено по двум причинам. Во-первых, условия на Земле изменились так, что значительного накопления органического вещества уже не происходит. Во-вторых, мы потребляем горючие ископаемые со скоростью, немного превышающей необходимую для их образования. Подсчитано, что количество сырой нефти, расходуемое сейчас в течение дня, формировалось естественным путем в течение тысячи лет. 
 

Загрязнение 

     Загрязнение стало обыденным словом, наводящим  на мысли об отравленных воде, воздухе, земле. Однако на самом деле эта проблема гораздо сложнее. Загрязнению невозможно дать простое определение, так как оно может включать в себя сотни факторов, связанных с самыми разными источниками.

     Загрязнение — это:

     любые изменения воздуха, вод, почв или  пищевых продуктов, оказывающие нежелательное воздействие на здоровье, выживаемость или деятельность человека;

     неблагоприятное изменение нашего окружения, являющееся полностью или в основном побочным результатом деятельности человека;

     привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных физико-химических и биологических веществ, агентов, оказывающих вредные воздействия на природные экосистемы и человека;

     поступление любого вещества или материала в  неположенное место. Значит, будучи полезными  в одном месте, они вызывают загрязнение, когда выбрасываются или поступают туда, где никому не нужны, и могут нанести ущерб окружающей среде или здоровью человека.

     Загрязнение — это нормальные побочные продукты жизнедеятельности человека как  чисто биологического вида и как социального, творческого существа. Они представляют собой органические и неорганические отходы метаболизма и пищеварения, а также деятельности по выращиванию и защите урожая, обогреву домов, производству одежды, овладению атомной энергией... Решить эту проблему невозможно простым устранением ее причин, так как, пока существует человек, будут и побочные продукты его жизнедеятельности.

     Действительно, каждый организм в естественной экосистеме производит потенциально загрязняющие среду отходы. Устойчивость экосистемы обусловлена тем, что отходы одних организмов становится пищей и/или «сырьем» для других. В сбалансированных экосистемах отходы не накапливаются до уровня, вызывающего «неблагоприятные изменения», а разлагаются и рециклируются.

     Однако  человек часто стал превышать способность природы растворять и разлагать вещества. Мы научились получать нужные нам продукты из различного сырья новыми способами. Тысячи синтетических материалов заменяют нам природные продукты. 
 

     Всего в мире в повседневном пользовании находится около 70 тыс. различных синтетических химических веществ. Каждый год к ним добавляется 1500 новых. Мы мало знаем о потенциально вредном воздействии 80% этих новых химических веществ на людей, животных и растения. По данным Агентства охраны окружающей среды, до 3500 из 70 тыс. химических веществ, находящихся в продаже, вредны или потенциально вредны для человека 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Плюсы и минусы нетрадиционных возобновляемых источников энергии 

     В последние годы как в научно-технической литературе, так и в популярных изданиях появляются многочисленные публикации о нетрадиционных возобновляемых источниках энергии (НВИЭ). Оценки возможностей их широкого применения колеблются от восторженных до умеренно пессимистических. «Зеленые» призывают вообще заменить всю традиционную топливную и атомную энергетику на использование НВИЭ. Мнения специалистов гораздо более осторожны.

       Каковы же эти нетрадиционные и возобновляемые источники энергии? К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн,  биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды. К НВИЭ также принято относить малые ГЭС (мощностью до 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных - более крупных - ГЭС только масштабом.

     Указанные источники энергии имеют как  положительные, так и отрицательные  свойства. К положительным относятся  повсеместная распространен-ность  большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.

     Отрицательные качества - это малая плотность  потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками. Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они чувствительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.    

     Больше  неприятностей доставляет изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Зато геотермальные установки при неизменном дебите геотермального флюида в скважинах гарантируют постоянную выработку энергии (электрической или тепловой). Кроме того, стабильное производство энергии могут обеспечить установки, использующие биомассу, если они снабжаются требуемым количеством этого «энергетического сырья».  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Альтернативная  энергетика. 
 

 —  совокупность перспективных способов  получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района. 
 

     Альтернативный  источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность. 
 

     Основным  видом "бесплатной" неиссякаемой энергии по справедливости считается  Солнце. 

     Оно ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг U2351. Самый простой способ использования энергии Солнца - солнечные коллекторы, в состав которых входит поглотитель (зачерненный металлический, чаще всего алюминиевый лист с трубками, по которым протекает теплоноситель). Коллекторы устанавливаются неподвижно на крышах домов под углом к горизонту, равным широте местности или монтируются в кровлю2. В зависимости от условий инсоляции в коллекторах теплоноситель нагревается на 40-50° больше, чем температура окружающей среды3. Такие системы применяются в индивидуальном жилье, практически полностью покрывая потребность населения в горячей воде; в районных отопительных установках, а также для получения технологической тепловой энергии в промышленности. Солнечные коллекторы производятся во многих городах России, и стоимость их вполне доступна. 

     Электроэнергия  от светового потока может производиться  двумя путями: путем прямого преобразования в фотоэлектрических установках, либо за счет нагрева теплоносителя, который производит работу в том  или ином термодинамическом цикле.3 Прямое фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию используется на фотоэлектрических или солнечных станциях, работающих параллельно с сетью, а также в составе гибридных установок для автономных систем ("экодомов" и пр.). Возможно также комбинированное производство электрической и тепловой энергии4. В перспективе предполагается, что солнечной энергии будет придаваться большое значение вследствие ее щадящего воздействия на окружающую среду по сравнению с большинством других источников энергии. Это со временем выльется в относительную экономичность, однако пока удельные капитальные вложения в фотоэлектрические установки превышают традиционные в пять и более раз.