Какво е съвременна енергия. Перспективи на съвременната енергетика

Проблеми и перспективи на съвременната енергетика
Експертите са изчислили, че потреблението на енергия в Съединените щати е 6 пъти по-високо от средното за света и 30 пъти по-високо от нивото на развиващите се страни.

Учените предлагат следната информация за размисъл. Ако развиващите се страни успеят да увеличат потреблението си на минерални ресурси до нивото на Съединените щати, тогава доказаните запаси от петрол ще бъдат изчерпани за 7 години, природен газ за 5 години, въглища за 18 години. Ако вземем предвид и потенциалните запаси, до които геолозите все още не са достигнали, тогава природният газ трябва да стигне за 72 години, петролът в обикновените кладенци - за 60 години, а в шисти и пясък, откъдето е изключително трудно и скъпо да се изпомпва го извади - за 660 години. Въглища – за 350 години.
Да приемем, че за нуждите на енергията е възможно да се използва, подобно на петрола, цялата маса на нашата планета. Ако скоростта на нарастване на потреблението на енергия остане същата като днешната, това „гориво“ ще бъде изгорено изцяло само за 342 години.
При сегашните темпове на технологично развитие производството на енергия на Земята след 240 години ще надхвърли количеството слънчева енергия, падаща на нашата планета, след 800 години - цялата енергия, отделена от слънцето, а след 1300 години ще надхвърли общата радиация на цялата ни Галактика.
Основният проблем на съвременната енергетика обаче не е изчерпването на минералните ресурси, а застрашителната екологична ситуация.

Ядрената енергия
Според опита човечеството ще трябва да се откаже от ядрената енергия по 4 причини.
Първо, всяка атомна електроцентрала, независимо от степента на нейната надеждност, е стационарна атомна бомба, която може да бъде взривена във всеки един момент чрез саботаж, въздушна бомбардировка, ракетен обстрел или конвенционални артилерийски снаряди.
Второ, на примера с Чернобил се убедихме от собствен опит, че авария в атомна електроцентрала може да възникне поради нечия небрежност. От 1971 до 1984г Има 151 сериозни аварии в атомни електроцентрали по света, при които е имало "значително изпускане на радиоактивни материали с опасен ефект върху хората". Оттогава не е минала година без сериозна авария в атомна електроцентрала, а понякога дори няколко аварии в една или друга страна по света.
Трето, истинската опасност са радиоактивните отпадъци от атомните електроцентрали, които се натрупаха доста през последните десетилетия и ще се натрупат още повече, ако ядрената енергия заеме доминираща позиция в световния енергиен баланс. Сега ядрените отпадъци в специални контейнери се заравят дълбоко в земята или се спускат на дъното на океана. Тези методи не са безопасни: с течение на времето защитните черупки се разрушават и радиоактивните елементи навлизат във водата и почвата, а след това и в човешкото тяло.
Четвърто, атомното гориво може да се използва с еднаква ефективност както в атомна електроцентрала, така и в атомна бомба. Съветът за сигурност на ООН потушава опитите на развиващите се тоталитарни държави да внасят ядрено гориво, уж за развитието на ядрената енергетика. Това затваря пътя на ядрената енергия към бъдещето като доминираща част от глобалния енергиен баланс.
Но ядрената енергия има и важни предимства. Американски експерти са изчислили, че ако до началото на 90-те години в СССР всички атомни електроцентрали бъдат заменени с въглищни със същата мощност, тогава замърсяването на въздуха ще стане толкова голямо, че ще доведе до 50-кратно увеличение на преждевременните смъртни случаи през 21 век. в сравнение с най-песимистичните прогнози за последствията от аварията в Чернобил.

Алтернативна енергия. Теория и практика
Алтернативната енергия се основава на използването на възобновяеми (или „чисти“) енергийни източници. Те включват устройства за генериране на енергия, които използват енергията на слънцето, вятъра, приливите, морските вълни и подземната топлина на планетата.

слънчева енергия
Водещият екологично чист източник на енергия е Слънцето. В момента се използва само малка част от слънчевата енергия поради факта, че съществуващите слънчеви панели имат относително ниска ефективност и са много скъпи за производство. Експерти твърдят, че само слънчевата енергия може да покрие всички възможни енергийни нужди на човечеството за хиляди години напред. Но той е изправен пред много проблеми, свързани с изграждането, разполагането и експлоатацията на слънчеви електроцентрали на хиляди квадратни километри от земната повърхност. Следователно общият дял на слънчевата енергия е бил и ще остане доста скромен.

Вятърна енергия
Според Световната метеорологична организация потенциалът на вятърната енергия в света е 170 трилиона kWh годишно.
Вятърната енергия има няколко съществени недостатъка, които я правят трудна за използване. На първо място, той е силно разпръснат в пространството, така че е необходимо да се изградят вятърни турбини, които могат постоянно да работят с висока ефективност.
Вятърът е много непредсказуем: често променя посоката си, внезапно утихва дори в най-ветровитите райони на земното кълбо и понякога достига такава сила, че разбива вятърни мелници. Вятърните електроцентрали не са безобидни: те пречат на полетите на птици и насекоми, създават шум и отразяват радиовълните с въртящи се перки. Но вятърната енергия има основно предимство - екологичност. В допълнение, недостатъците могат да бъдат намалени или дори напълно отстранени.
Разработени са вятърни турбини, които могат да работят ефективно и при най-слабия бриз. Стъпката на лопатката на витлото се регулира автоматично по такъв начин, че винаги да е осигурено максимално възможно използване на вятърна енергия, а ако скоростта на вятъра е твърде висока, лопатката също автоматично се прехвърля в позиция на лопатката, така че инцидентът е изключени.
Разработени и работят така наречените циклонни електроцентрали с мощност до сто хиляди киловата, където топлият въздух, издигайки се в специална 15-метрова кула и смесвайки се с циркулиращия въздушен поток, създава изкуствен „циклон“, който върти турбина. Такива инсталации са много по-ефективни от слънчевите панели и конвенционалните вятърни мелници.
За да се компенсира променливостта на вятъра, се изграждат огромни „вятърни паркове“. Вятърните мелници там стоят в редици върху огромна площ и заемат много място. В Дания "вятърен парк" беше поставен в крайбрежните плитки води на Северно море, където не пречи на никого и вятърът е по-стабилен, отколкото на сушата.
Положителен пример за използването на вятърна енергия беше показан от Холандия и Швеция (последната реши през 90-те години да построи и постави 54 хиляди високоефективни електроцентрали на най-удобните места).
В момента в света работят повече от 30 хиляди вятърни турбини с различен капацитет. Германия получава 10% от електроенергията си от вятъра, а вятърът осигурява 2500 MW електроенергия за цяла Западна Европа.

хидроенергия
Водноелектрическите централи са друг източник на енергия, който претендира да бъде екологичен. В началото на 20 век големите и планински реки по света привличат вниманието и до края на века повечето от тях са блокирани от каскади от язовири, които осигуряват евтина енергия.
Това обаче доведе до огромни щети на селското стопанство и природата: земите над язовирите бяха наводнени, в териториите, разположени по-долу, нивото на подземните води падна, огромни площи земя бяха загубени, отивайки на дъното на гигантски резервоари, естественият поток на реките бяха прекъснати, водата в резервоарите изгни, рибните запаси. При планинските реки всички тези недостатъци бяха сведени до минимум, но беше добавен още един: в случай на земетресение, което може да разруши язовира, бедствието може да доведе до хиляди жертви. Следователно съвременните големи водноелектрически централи не са наистина екологични. Недостатъците на водноелектрическите централи обаче породиха идеята за мини-ВЕЦ, които могат да бъдат разположени на малки реки или дори потоци, а техните електрически генератори могат да работят с малки водни капки или да се задвижват само от силата на течението. Същите мини-ВЕЦ могат да бъдат инсталирани на големи реки с относително бърз поток.
Подробно са разработени центробежните и витлови агрегати на ръкавни преносими водноелектрически централи с мощност от 0,18 до 30 kW. При линейното производство на унифицирано хидротурбинно оборудване мини-водноелектрическите централи могат да се конкурират с макси-вариантите на цената на един киловатчас. Също така несъмнено предимство е възможността за инсталирането им дори в най-недостъпните кътчета на дадена страна: цялото оборудване може да се транспортира на един кон, а монтажът или демонтажът отнема само няколко часа.
Друго много обещаващо развитие, което все още не е получило широко приложение, е наскоро създадената хеликоидна турбина Горлов, кръстена на нейния създател. Неговата особеност се състои в това, че не се нуждае от силен натиск и работи ефективно, използвайки кинетичната енергия на воден поток - река, океанско течение или морски прилив. Това изобретение промени обичайната представа за водноелектрическа централа, чиято мощност преди това зависеше само от силата на водното налягане, тоест от височината на водноелектрическата стена.

Енергия на приливи и отливи
Непропорционално по-мощен източник на водни потоци са приливите и отливите. Проектите на приливни водноелектрически централи са разработени подробно в инженерно отношение, експериментално тествани в няколко страни, включително на полуостров Кола в Русия. Дори е обмислена стратегия за оптимална работа на ТЕЦ: да се натрупва вода в резервоара зад язовира по време на приливи и да се изразходва за производство на електроенергия, когато има „пиково потребление“ в единните енергийни системи, като по този начин се намалява натоварване на други електроцентрали.
Днес ПЧП са неконкурентоспособни в сравнение с топлинната енергия.
На практика изграждането на ТЕЦ в най-благоприятните точки на морския бряг, където разликата в нивото на водата е от 1-2 до 10-16 метра, ще отнеме десетилетия или дори векове. Но интересът към глобалния енергиен баланс на ТЕЦ трябва да започне да се проявява още през 21 век.
Първата приливна електроцентрала с мощност 240 MW е пусната в експлоатация през 1966 г. във Франция в устието на река Ранс, която се влива в Ламанша, където средната амплитуда на прилива е 8,4 м. Откривайки станцията, френският президент Чарлз де Гол го нарече изключителната сграда на века. Въпреки високата цена на строителството, която е почти 2,5 пъти по-висока от цената за изграждане на речна ВЕЦ със същия капацитет, първият опит за експлоатация на приливна ВЕЦ се оказа икономически оправдан. ТЕЦ на река Ранс е част от френската енергийна система и се използва ефективно.
На Бяло море има проекти за големи ТЕЦ с мощност 320 MW (Кола) и 4000 MW (Мезен), където амплитудата на приливите е 7-10 m.
Предвижда се също да се използва огромният енергиен потенциал на Охотско море, където на някои места, например в Пенжинския залив, височината на приливите достига 12,9 м, а в Гижигинския залив - 12-14 м , турбината Горлов, която позволява изграждането на ПЧП без язовири, намалявайки разходите за строителство.

Вълнова енергия
Вече днес са проектирани и експериментално тествани високоикономични вълнови електроцентрали, способни да работят ефективно дори при слаби вълни или дори при пълно спокойствие. На дъното на морето или езерото е монтирана вертикална тръба, в подводната част на която е направен „прозорец“, попадайки в който, дълбока вълна (и това е почти постоянно явление) компресира въздуха в мината, и завърта турбината на генератора. По време на обратното движение въздухът в турбината се разрежда, задвижвайки втората турбина. По този начин вълновата електроцентрала работи непрекъснато при почти всяко време, а токът се предава на брега чрез подводен кабел. Някои видове вятърни паркове могат да служат като отлични вълноломи, предпазвайки брега от вълни и по този начин спестявайки изграждането на бетонни вълноломи.
Специалисти от лабораторията по водна и вятърна енергия към Североизточния университет в Бостън (САЩ) разработиха проект за първата в света океанска електроцентрала. Той ще бъде построен във Флоридския пролив, откъдето извира Гълфстрийм. На изхода си от Мексиканския залив капацитетът на водния поток е 25 милиона m 3 / s, което е 20 пъти повече от общия воден поток във всички реки на земното кълбо. Според експерти вложените в проекта средства ще се изплатят в рамките на пет години. В тази уникална електроцентрала ще се използва турбина на Горлов за генериране на ток от 38 kW. Тази хеликоидна турбина има три спирални лопатки и се върти 2-3 пъти по-бързо от текущата скорост под въздействието на водния поток. За разлика от многотонните метални турбини, използвани в речните водноелектрически централи, размерите на пластмасовата турбина Горлов са малки (диаметър - 50 см, дължина - 84 см), теглото му е само 35 кг. Еластичното покритие на повърхността на остриетата намалява триенето на водата и предотвратява полепването на водорасли и миди. Ефективността на турбината на Горлов е три пъти по-висока от тази на конвенционалните турбини.

геотермална енергия
Подземната топлина на планетата е доста добре познат и вече използван източник на „чиста“ енергия. В Русия първата геотермална електроцентрала с мощност 5 MW е построена през 1966 г. в южната част на Камчатка, в долината на река Паужетка. През 1980 г. капацитетът му е вече 11 MW. В Италия, в областите Ландерело, Монте Амиата и Травеле, има 11 такива станции с общ капацитет 384 MW. Геотермални електроцентрали работят и в САЩ (Калифорния, Долината на големите гейзери), Исландия (близо до езерото Myvatn), Нова Зеландия, Мексико и Япония. Рейкявик, столицата на Исландия, получава топлина изключително от горещи подземни източници.
Геолозите са открили, че масиви, нагрети до 180°-200°C на дълбочина 46 km, заемат по-голямата част от територията на Русия и с температури до 100°-150°C се срещат почти навсякъде. В допълнение, над няколко милиона квадратни километра има горещи подземни реки и морета с дълбочина до 3,5 km и температура на водата до 200 ° C (естествено, под налягане), така че чрез пробиване на кладенец можете да получите парен фонтан без ТЕЦ и топла вода.

хидротермална енергия
Освен под земята, има и топлина на водата, която не е толкова разпространена като източник на енергия. Водата винаги е поне няколко градуса топлина, а през лятото се загрява до 25°C. За да се използва тази топлина е необходима инсталация, която работи на принципа „хладилник наобратно“. Ако прекарате вода през хладилен агрегат, тогава топлината може да бъде взета и от него. Горещата пара, която се образува в резултат на топлообмен, кондензира, температурата й се повишава до 110 ° C и след това може да бъде насочена или към турбините на електроцентралите, или за загряване на вода в батериите за централно отопление до 60 ° -65 ° C. °C. В отговор на всеки киловатчас енергия, изразходвана за това, природата връща 3 киловатчаса. По същия принцип е възможно да се получи енергия за климатизация в горещо време.
Такива инсталации са най-ефективни при големи температурни разлики. Всички необходими инженерни разработки вече са извършени и тествани експериментално.

Енергия днес и утре
Днес около половината от световния енергиен баланс се формира от нефт, около една трета от газ и ядрена енергетика (около една шеста всяка) и около една пета от въглища. За всички други енергийни източници остават само няколко процента. Но където е възможно, трябва да се въведат алтернативни източници на енергия.
Трябва да се отбележи (и това беше многократно докладвано от C&N), че например известен опит в използването на вятърна енергия вече съществува в Беларус.

Съвременното развитие на икономиката остро разкри основните проблеми в развитието на енергийния комплекс. Ерата на въглеводородите бавно, но сигурно отива към своя логичен завършек. Тя трябва да бъде заменена от иновативни технологии, които са свързани с основните енергийни перспективи.

Проблеми на енергийния комплекс

Може би един от най-важните проблеми на енергийния комплекс може да се счита за високата цена на енергията, което от своя страна води до увеличаване на производствените разходи. Въпреки факта, че през последните години имаше активни разработки, които могат да позволят използването на, никой от тях в момента не е в състояние напълно да измести въглеводородите от световната енергийна арена. Алтернативните технологии са допълнение към традиционните източници, но не и заместител, поне засега.

В условията на Русия проблемът се задълбочава допълнително от състоянието на упадък на енергийния комплекс. Електрогенераторните комплекси не са в най-добро състояние, много електроцентрали са физически разрушени. В резултат на това цената на електроенергията не намалява, а постоянно се увеличава.

Дълго време световната енергийна общност разчиташе на атома, но тази посока на развитие може да се нарече и задънена улица. В европейските страни се наблюдава тенденция към постепенно изоставяне на атомните електроцентрали. Неуспехът на енергията на атома се подчертава и от факта, че през дългите десетилетия на развитие той не е успял да измести въглеводородите.

Перспективи за развитие

Както вече беше отбелязано, перспективи за развитие на енергетикатаса свързани предимно с разработването на ефективни алтернативни източници. Най-проучваните области в тази област са:

• Биогориво.
• Вятърната енергия.
• Геотермална енергия.
• Слънчева енергия.
• Термоядрена енергетика (UTS).
• Водородна енергия.
• Приливна енергия.

Нито една от тези посоки не е в състояние да реши проблема с енергийната криза, когато простото допълване на старите енергийни източници с алтернативни вече не е достатъчно. Разработките се извършват в различни посоки и са на различни етапи от своето развитие. Въпреки това вече е възможно да се очертае наборът от технологии, които могат да инициират:

• Вихрови топлогенератори. Такива инсталации се използват отдавна, като са намерили своето приложение в топлоснабдяването на къщи. Работният флуид, изпомпван през тръбопроводната система, се нагрява до 90 градуса. Въпреки всички предимства на технологията, тя все още е далеч от окончателното завършване на разработката. Например, напоследък активно се изучава възможността за използване на въздух, а не течност като работна среда.
• Студен ядрен синтез. Друга технология, която се развива от края на 80-те години на миналия век. Тя се основава на идеята за получаване на ядрена енергия без свръхвисоки температури. Докато направлението е на етап лабораторни и практически изследвания.
• На етапа на промишлени проекти са магнитомеханични усилватели на мощност, които използват магнитното поле на Земята в своята работа. Под негово влияние се увеличава мощността на генератора и се увеличава количеството получена електроенергия.
• Силовите инсталации, базирани на идеята за динамична свръхпроводимост, изглеждат много обещаващи. Същността на идеята е проста - при определена скорост възниква динамична свръхпроводимост, която прави възможно генерирането на мощно магнитно поле. Изследванията в тази област се провеждат отдавна и е натрупан значителен теоретичен и практически материал.

Това е само малък списък от иновативни технологии, всяка от които има достатъчен потенциал за развитие. Като цяло световната научна общност е в състояние да разработи не само алтернативни източници на енергия, които вече могат да бъдат наречени стари, но и наистина иновативни технологии.

Трябва да се отбележи, че през последните години се появяват все повече технологии, които доскоро изглеждаха фантастични. Разработването на такива източници на енергия може напълно да преобрази познатия свят. Ще назовем само най-известните от тях:

• нанопроводникови батерии.
• Технологии за безжично предаване на енергия.
• Атмосферна електроенергетика и др.

Трябва да се очаква, че през следващите години ще се появят други технологии, чието развитие ще позволи да се откаже от използването на въглеводороди и, което е важно, да се намалят разходите за енергия.

Енергийният проблем е един от най-важните проблеми, които човечеството трябва да реши днес. Такива постижения на науката и технологиите като средства за незабавна комуникация, бърз транспорт и изследване на космоса вече са познати. Но всичко това изисква огромен разход на енергия. Рязкото нарастване на производството и потреблението на енергия постави нов остър проблем със замърсяването на околната среда, което представлява сериозна опасност за човечеството.

Световните енергийни нужди ще нарастват бързо през следващите десетилетия. Всеки един източник на енергия няма да може да ги осигури, затова е необходимо да се развиват всички източници на енергия и да се използват ефективно енергийните ресурси.

На следващия етап от развитието на енергетиката (първите десетилетия на 21 век) най-обещаващи ще останат въглищната енергия и ядрената енергия с топлинни и бързи неутронни реактори. Но можем да се надяваме, че човечеството няма да спре по пътя на прогреса, свързан с потреблението на енергия във все по-големи количества.

Думата "енергия" от гръцки означава действие, активност. Значението на понятието енергия се определя от факта, че тя се подчинява на закона за запазване. Концепцията за енергия помага да се разбере невъзможността за създаване на вечен двигател. Работа може да се извърши само в резултат на определени промени в околните тела или системи (изгаряне на гориво, падаща вода). Способността на тялото по време на прехода му от едно състояние в друго да извърши определена работа (работоспособност) се нарича енергия. Сега повече от всякога възникна въпросът какво очаква човечеството – енергиен глад или енергийно изобилие. Статиите за енергийната криза не слизат от страниците на вестниците и списанията. Неумолимите закони на природата гласят, че единственият начин да се получи използваема енергия е чрез преобразуването й от други форми. Вечните двигатели за съжаление не са възможни. И днес 4 от 5 киловата произведена електроенергия се получават чрез изгаряне на гориво или използване на съхраняваната в него химическа енергия, превръщайки я в електричество в топлоцентрали. Нарастващите цени на петрола, бързото развитие на ядрената енергетика, нарастващите изисквания за опазване на околната среда изискват нов подход към енергията.

Нищо чудно, че казват: „Енергията е хлябът на индустрията“. Колкото по-развита е индустрията и технологиите, толкова повече енергия им трябва. Има дори специална концепция - "изпреварващо развитие на енергетиката". Това означава, че нито едно промишлено предприятие, никакъв нов град или дори къща не може да бъде построена преди източникът на енергия да бъде идентифициран или пресъздаден,

които ще консумират. Ето защо по количеството произведена и използвана енергия може доста точно да се прецени техническата и икономическата мощ, или по-просто казано, богатството на всяка държава.

В природата енергийните запаси са огромни. Носи се от слънчевите лъчи, ветровете и движещите се водни маси, складира се в дървесина, находища на газ, нефт и въглища. Енергията, "запечатана" в ядрата на атомите на материята, е практически неограничена. Но не всички негови форми са подходящи за директна употреба.

През дългата история на енергийната индустрия са натрупани много технически средства и методи за извличане на енергия и нейното превръщане във формите, от които хората се нуждаят. Всъщност човек става човек само когато се научи да получава и използва топлинна енергия. Огънят на огньовете е бил запален от първите хора, които все още не са разбрали природата му, но този метод за превръщане на хим.

енергия в топлинна енергия е запазена и подобрена в продължение на хиляди години.

Към енергията на собствените си мускули и огъня хората добавиха мускулната енергия на животните. Те са изобретили техника за отстраняване на химически свързаната вода от глината с помощта на топлинната енергия на огъня - пещи за керамика, които произвеждат издръжливи керамични продукти. Разбира се, процесите, протичащи по едно и също време, човек научи едва хилядолетия по-късно.

Тогава хората измислиха мелници - техника за преобразуване на енергията на вятърните течения и вятъра в механична енергия на въртящ се вал. Но едва с изобретяването на парна машина, двигател с вътрешно горене, хидравлични, парни и газови турбини, електрически генератор и двигател, човечеството получи на разположение достатъчно мощни

технически средства. Те са в състояние да преобразуват естествената енергия в други видове, удобни за използване и получаване на големи количества работа. Търсенето на нови източници на енергия не свършва дотук: батерии, горивни клетки, преобразуватели на слънчева енергия в електрическа енергия и още в средата на 20 век са изобретени ядрените реактори.

Проблемът с осигуряването на електрическа енергия за много сектори на световната икономика, непрекъснато нарастващите нужди на повече от шест милиарда души на Земята стават все по-актуални.

Основата на съвременната световна енергетика са топло- и водноелектрическите централи. Развитието им обаче е ограничено от редица фактори. Цената на въглищата, нефта и газа, които захранват топлоцентралите, расте, а природните ресурси на тези горива намаляват. Освен това много държави нямат собствени горивни ресурси или липсват. В процеса на производство на електроенергия в топлоелектрическите централи в атмосферата се отделят вредни вещества. Освен това, ако горивото са въглища, особено кафяви, малоценни за друг вид употреба и с високо съдържание на ненужни примеси, емисиите достигат колосални размери. И накрая, авариите в топлоелектрическите централи причиняват големи щети на природата, сравними с вредите от всеки голям пожар. В най-лошия случай такъв пожар може да бъде придружен от експлозия с образуване на облак от въглищен прах или сажди.

Хидроенергийните ресурси в развитите страни се използват почти напълно: повечето от речните участъци, подходящи за хидротехническо строителство, вече са разработени. И какво вредят водноелектрическите централи на природата! Няма емисии във въздуха от ВЕЦ, но

причинява значителна вреда на водната среда. На първо място, страдат рибите, които не могат да преодолеят водноелектрическите язовири. На реките, където са построени водноелектрически централи, особено ако има няколко от тях - така наречените каскади от водноелектрически централи - количеството вода преди и след язовирите се променя драстично. По равнинните реки преливат огромни водоеми, а наводнените земи са безвъзвратно загубени за селското стопанство, горите, ливадите и заселването на хората. Що се отнася до авариите във водноелектрическите централи, в случай на пробив на която и да е водноелектрическа централа се образува огромна вълна, която ще помете всички водноелектрически централи, разположени под язовира. Но повечето от тези язовири са разположени в близост до големи градове с население от няколкостотин хиляди жители.

Изходът от тази ситуация се виждаше в развитието на ядрената енергетика. До края на 1989 г. в света са построени и работят над 400 атомни електроцентрали (АЕЦ). Днес обаче атомните електроцентрали вече не се смятат за източник на евтина и екологична енергия. Атомните електроцентрали се захранват с уранова руда, която е скъпа и трудна за добив суровина, чиито запаси са ограничени. Освен това изграждането и експлоатацията на атомни електроцентрали са свързани с големи трудности и разходи. Сега само няколко държави продължават да строят нови атомни електроцентрали. Проблемите със замърсяването на околната среда са сериозна спирачка за по-нататъшното развитие на ядрената енергетика. Всичко това допълнително усложнява отношението към ядрената енергетика. Все по-често се чуват призиви за изоставяне на използването на ядрено гориво като цяло, за затваряне на всички атомни електроцентрали и връщане към производството на електроенергия в топло и водноелектрически централи, както и за използване на т. нар. възобновяеми - малки, или "нетрадиционни" - видове производство на енергия. Последните включват предимно инсталации и устройства, които използват енергията на вятъра, водата, слънцето, геотермалната енергия, както и топлината, съдържаща се във водата, въздуха и земята.

Съвременна електроенергийна индустрияима много проблеми, те се дължат на високата цена на горивото, негативното въздействие върху околната среда и др.

Например хидроенергийните технологии имат много предимства, но има и значителни недостатъци. Надземните разходи, дъждовните сезони, ниските водни ресурси по време на суши могат сериозно да повлияят на количеството произведена енергия. Това може да се превърне в сериозен проблем, когато водноелектрическата енергия е значителна част от енергийния комплекс на страната, язовирите са причина за много проблеми: преселване на жители, пресъхване на естествени речни корита, затлачване на резервоари, водни спорове между съседни държави, значителни разходите за тези проекти. Водноелектрическите централи в низинните реки водят до наводнения на големи площи. Значителна част от площта на образуваните резервоари е плитка вода. През лятото, поради слънчевата радиация, в тях активно се развива водна растителност, настъпва така нареченото „цъфтене“ на водата.

Промяната в нивото на водата, на места достига пълно изсъхване, води до смърт на растителността. Язовирите предотвратяват миграцията на рибите. Многокаскадните водноелектрически централи вече превърнаха реките в поредица от езера, където се появяват блата. Рибите умират в тези реки и микроклиматът около тях се променя, унищожавайки допълнително естествените екосистеми.

Относно опасностите от топлоелектрическите централи, по време на изгарянето на гориво в термичните двигатели се отделят вредни вещества: въглероден оксид, азотни съединения, оловни съединения и значително количество топлина се отделя в атмосферата.

В допълнение, използването на парни турбини в топлоелектрически централи изисква разпределяне на големи площи за езера, в които се охлажда отработената пара. Всяка година в света се изгарят 5 милиарда тона въглища и 3,2 милиарда тона нефт, което е придружено от отделянето на 2 10 J топлина в атмосферата. Запасите от изкопаеми горива на Земята са разпределени крайно неравномерно и при сегашния темп на потребление въглищата ще стигнат за 150-200 години, петролът - за 40-50 години, а газът - за около 60 години. Целият цикъл на работа, свързан с добива, транспортирането и изгарянето на изкопаеми горива (предимно въглища), както и генерирането на отпадъци, е съпроводен с отделянето на голямо количество химически замърсители. Добивът на въглища е свързан със значително засоляване на водните резервоари, където водата се зауства от мините. Освен това изпомпваната вода съдържа изотопи на радий и радон. Топлоелектрическата централа, въпреки че разполага с модерни системи за пречистване на продуктите от изгарянето на въглища, отделя в атмосферата годишно, според различни оценки, от 10 до 120 хиляди тона серни оксиди, 2-20 хиляди тона азотни оксиди, 700-1500 тона пепел (без пречистване - 2-3 пъти повече) и отделя 3-7 милиона тона въглероден окис. Освен това се образуват повече от 300 хиляди тона пепел, съдържаща около 400 тона токсични метали (арсен, кадмий, олово, живак). Може да се отбележи, че топлоелектрическа централа, работеща с въглища, отделя повече радиоактивни вещества в атмосферата, отколкото атомна електроцентрала със същия капацитет. Това се дължи на отделянето на различни радиоактивни елементи, съдържащи се във въглищата под формата на включвания (радий, торий, полоний и др.). произведението на стойността на дозата и броя на хората, изложени на радиация (изразява се в човек-сиверт). Оказа се, че в началото на 90-те години на миналия век годишната колективна доза на облъчване на населението на Украйна поради топлинна енергия е била 767 души / n, а поради ядрена енергия - 188 души / n.

В момента всяка година в атмосферата се отделят 20-30 милиарда тона въглероден окис. Прогнозите показват, че ако подобни темпове се запазят, средната температура на Земята може да се покачи с няколко градуса до средата на века, което ще доведе до непредсказуеми глобални климатични промени. Сравнявайки въздействието върху околната среда на различните енергийни източници, е необходимо да се вземе предвид тяхното въздействие върху човешкото здраве. Високият риск за работещите при използване на въглища е свързан с добива им в мините и транспорта, както и с въздействието върху околната среда на продуктите от изгарянето им. Последните две причини са свързани с нефта и газа и засягат цялото население. Установено е, че глобалното въздействие на емисиите от изгарянето на въглища и петрол върху човешкото здраве действа почти по същия начин като авария като Чернобил, която се случва веднъж годишно. Това е „тих Чернобил“, последствията от който са пряко невидими, но постоянно влияят върху околната среда. Концентрацията на токсични примеси в химическите отпадъци е стабилна и в крайна сметка всички те ще преминат в екосферата, за разлика от радиоактивните отпадъци от разпадането на атомни електроцентрали.

Като цяло реалното радиационно въздействие на атомните електроцентрали върху околната среда е много (10 и повече пъти) по-малко от допустимото. Ако вземем предвид екологичното въздействие на различните енергийни източници върху човешкото здраве, тогава сред възобновяемите енергийни източници рискът от нормално работещи атомни електроцентрали е минимален както за работниците, чиято дейност е свързана с различни етапи от ядрения горивен цикъл, така и за публичен. Глобалният радиационен принос на ядрената енергия на всички етапи от ядрения горивен цикъл сега е около 0,1% от естествения фон и няма да надвишава 1% дори при интензивното му развитие в бъдеще.

Добивът и преработката на уранови руди също са свързани с неблагоприятни въздействия върху околната среда.

Колективната доза, получена от персонала на съоръжението и населението на всички етапи от добива на уран и производството на гориво за реактори, е 14% от общата доза на ядрения горивен цикъл. Но основният проблем остава депонирането на високоактивни отпадъци. Обемът на силно опасните радиоактивни отпадъци е приблизително една стохилядна от общото количество отпадъци, включително силно токсични химични елементи и техните стабилни съединения. Разработват се методи за тяхното концентриране, надеждно свързване и поставяне в стабилни геоложки образувания, където според специалистите те могат да се задържат хилядолетия. Сериозен недостатък на ядрената енергетика е радиоактивността на използваното гориво и неговите продукти на делене. Това налага създаването на защита срещу различни видове радиоактивни лъчения, което значително увеличава енергията, генерирана от атомните електроцентрали. Освен това друг недостатък на атомните електроцентрали е топлинното замърсяване на водата, т.е. отоплението му.

Интересно е да се отбележи, че според група британски лекари хората, работили през 1946-1988 г. в британската ядрена индустрия, живеят средно по-дълго и смъртността сред тях от всякакви причини, включително рак, е много по-ниска. Ако вземем предвид реалните нива на радиация и концентрацията на химикали в атмосферата, тогава можем да кажем, че ефектът от последните върху флората като цяло е доста значителен в сравнение с ефекта на радиацията.

Представените данни показват, че по време на експлоатацията на електроцентралите околната среда въздействието на ядрената енергия е десетки пъти по-слабо от топлинната.

Трагедията в Чернобил остава непоправимо зло за Украйна. Но това има повече общо със социалния ред, който го е породил, отколкото с ядрената енергия. В края на краищата в нито една атомна електроцентрала в света, с изключение на Чернобил, не е имало аварии, които пряко да са довели до смъртта на хора.

Вероятностният метод за изчисляване на безопасността на атомните електроцентрали като цяло показва, че при генериране на една и съща единица електроенергия вероятността от голяма авария в атомна електроцентрала е 100 пъти по-ниска, отколкото в случая на енергия от въглища. Последствията от това сравнение са очевидни.

Нарастването на потреблението на електрическа енергия, влошаването на екологичните проблеми значително засилиха търсенето на екологични начини за производство на електроенергия. Интензивно се разработват начини за използване на възобновяема енергия без гориво - слънчева, вятърна, геотермална, енергия от вълни, енергия от приливи и отливи, енергия от биогаз и др.. Източниците на тези видове енергия са неизчерпаеми, но трябва разумно да се прецени дали могат задоволяват всички нужди на човечеството.

Най-новите изследвания са фокусирани главно върху генерирането на електрическа енергия от вятърна енергия. Вятърните паркове се изграждат предимно с постоянен ток. Ветроходното колело задвижва динамо - електрически ток, който едновременно зарежда паралелно свързани батерии.

Днес вятърните енергийни агрегати надеждно осигуряват енергия на нефтените работници; те успешно работят в труднодостъпни райони, на отдалечени острови, в Арктика, в хиляди селскостопански ферми, където наблизо няма големи населени места и обществени електроцентрали.

Широкото използване на вятърни енергийни агрегати при нормални условия все още е възпрепятствано от високата им цена. При използването на вятъра възниква сериозен проблем: излишък на енергия при ветровито време и липса на такава в спокоен период. Използването на вятърна енергия се усложнява от факта, че тя има ниска енергийна плътност, както и промяна на неговата сила и посока. Вятърните турбини се използват предимно на места, където има добър ветров режим. За да се създадат вятърни турбини с висока мощност, е необходимо тя да е голяма, освен това витлото трябва да бъде повдигнато на достатъчна височина, тъй като на по-голяма надморска височина вятърът е по-стабилен и има по-голяма скорост. Само една електроцентрала, работеща с изкопаеми горива, може да замени (по отношение на количеството произведена енергия) хиляди вятърни турбини.

От векове хората са размишлявали за причината за приливите и отливите на морето. Днес със сигурност знаем, че един мощен природен феномен - ритмичното движение на морските води - се причинява от силите на привличане на Луната и Слънцето. Енергията на приливите е огромна, общата му мощност на Земята е около 1 милиард kW, което е повече от общата мощност на всички реки по света.

Принципът на работа на приливните електроцентрали е много прост. При прилив водата, въртяща се хидротурбини, изпълва резервоара, а след отлив напуска резервоара в океана, като отново върти турбините. Основното нещо е да се намери удобно място за инсталиране на язовира, в което височината на прилива ще бъде значителна. Изграждането и експлоатацията на електроцентрали е сложна задача. Морската вода причинява корозия на повечето метали, по детайлите на инсталациите растат водорасли.

Топлинният поток на слънчевата радиация, който достига Земята, е много голям. Той надвишава над 5000 пъти общото използване на всички видове горивни и енергийни ресурси в света.

Сред предимствата на слънчевата енергия— неговата вечност и изключителна екологична чистота. Слънчевата енергия се доставя на цялата повърхност на Земята, само полярните региони на планетата страдат от нейната липса. Тоест на почти цялото земно кълбо само облаците и нощта ви пречат да го използвате през цялото време. Такава обща достъпност прави този вид енергия невъзможен за монополизиране, за разлика от нефта и газа. Разбира се, цената на 1 kWh. слънчевата енергия е много по-висока от тази, получена по традиционния метод. Само една пета от слънчевата светлина се превръща в електрически ток, но този дял продължава да расте благодарение на усилията на учени и инженери по целия свят.

Тъй като енергията на слънчевата радиация се разпределя върху голяма площ (с други думи, има ниска плътност), всяка инсталация за директно използване на слънчева енергия трябва да има устройство с достатъчна площ. Най-простото устройство от този вид е плосък колектор; по принцип е черна плоча, добре изолирана отдолу.

Има електроцентрали от малко по-различен тип, тяхната разлика се състои във факта, че слънчевата топлина, фокусирана върху върха на кулата, задвижва натриев охлаждащ агент, който загрява водата, за да образува пара. Според експерти най-привлекателната идея за преобразуване на слънчевата енергия е използването на фотоелектричния ефект в полупроводниците. Въпреки това, повърхността на слънчевите панели, за да осигурят достатъчна мощност, трябва да бъде достатъчно голяма (за дневна мощност от 500 MWh. Необходима е повърхност от 500 000 m 2), което е доста скъпо. Слънчевата енергия е един от най-материалоемките видове производство на енергия. Мащабното използване на слънчевата енергия води до огромно увеличение на необходимостта от материали и следователно от трудови ресурси за добив на суровини, тяхното обогатяване, производство на материали, производство на хелиостати, колектори, друго оборудване, и тяхното транспортиране. Ефективността на слънчевите електроцентрали в райони, далеч от екватора, е доста ниска поради нестабилните атмосферни условия, относително ниската интензивност на слънчевата радиация, както и нейните колебания поради редуването на деня и нощта.

Геотермалната енергия използва високите температури на дълбоката вътрешност на земната кора за генериране на топлинна енергия.

На някои места по Земята, особено по ръба на тектоничните плочи, топлината излиза на повърхността под формата на горещи извори - гейзери и вулкани. В други области подводните източници протичат през горещи подземни образувания и тази топлина може да бъде отведена чрез топлообменни системи. Исландия е пример за страна, в която геотермалната енергия се използва широко.

Вече са разработени технологии, които позволяват извличането на горими газове от биологични суровини в резултат на химическа реакция на разлагане на високомолекулни съединения в нискомолекулни поради дейността на специални бактерии (които участват в реакцията без достъп до атмосферен кислород). Реакционна схема: биомаса + + бактерии -> горими газове + други газове + торове.

Биомасата е отпадък от селскостопанското производство (животновъдство, преработваща промишленост).

Основната суровина за производството на биогаз е оборският тор, който се доставя до биогаз станциите. Основният продукт на инсталацията за биогаз е смес от горими газове (90% от сместа е метан). Тази смес се доставя в топлоцентрали, електроцентрали.

Възобновяемите източници (с изключение на водната енергия) имат общ недостатък: тяхната енергия е много слабо концентрирана, което създава значителни трудности за практическо използване. Цената на възобновяемите източници (с изключение на водноелектрическите централи) е много по-висока от традиционните. Както слънчевата, така и вятърната и други видове енергия могат успешно да се използват за генериране на електроенергия в диапазон на мощност от няколко киловата до десетки киловата. Но тези видове енергия са доста неперспективни за създаване на мощни промишлени енергийни източници.