>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебник для 10-11 классов

ТЕХНОЛОГИЯ

       

Использование альтернативных источников энергии

1. Какой вид энергии станет, по-вашему, энергией будущего?

2. В чем разница между атомной и термоядерной энергетикой?

Альтернативные (нетрадиционные) источники электрической энергии — это источники, использующие энергию Солнца, ветра, энергию приливов-отливов, термоядерного синтеза и энергию тепла Земли.

Солнечная энергия. Полная мощность излучения Солнца выражается астрономической цифрой 4 • 1014 млрд кВт. На каждый квадратный метр суши приходится в среднем около 0,16 кВт солнечной энергии. Для всей же поверхности Земли количество падающей солнечной энергии составляет 105 млрд кВт, что в 20 тыс. раз превышает количество произведенной человеком энергии всех известных видов. Достаточно сказать, что все энергетические потребности стран СНГ соответствуют солнечной энергии, падающей в пустыне Каракумы на квадрат с длиной стороны 67 км. Таких «квадратов» только в этой пустыне несколько сотен.

Весь вопрос в том, как преобразовать энергию падающего излучения Солнца в доступную для практического использования электрическую энергию. Успехи здесь уже есть. В настоящее время энергия солнечного излучения может широко использоваться для получения в основном низкопотенциальной тепловой энергии (до 100°С) для нужд коммунального и сельского хозяйства и частично промышленности. Это различного рода водо- и воздухонагреватели, теплицы, сушилки, опреснители воды и т. д.

Иначе обстоит дело с использованием энергии Солнца для прямого или косвенного получения электроэнергии.

Создание солнечных электростанций (СЭС) с получением водяного пара за счет нагревания парового котла оказалось экономически нерентабельным, так как затраты на получение электроэнергии на СЭС примерно в 70 раз превышают затраты ТЭС, работающей на угле. Имеются проекты создания крупных СЭС мощностью 200-300 МВт. Однако, несмотря на все усовершенствования, расчетные затраты на этих станциях во много раз превышают затраты на ТЭС традиционного типа.

До недавнего времени считалось, что при использовании энергии солнечного излучения будущее за электростанциями на полупроводниковых фотоэлектрических преобразователях (ФЭП). Стоимость существующих установок с ФЭП мощностью до десятков киловатт намного выше паровых СЭС, не говоря уже о традиционных источниках энергии. Пока что область применения ФЭП — малые автономные установки, используемые в местах, куда сложно доставить топливо, а также в космических аппаратах.

Энергия ветра. Около 20% поступающего на Землю солнечного излучения превращается в энергию ветра, которую можно использовать практически во всех районах земного шара. Запасы ветровой энергии составляют 170 трлн кВт • ч в год. Эту энергию можно получить, не загрязняя окружающую среду. Использование ветра для создания ветровых электрических станций (ВЭС) затрудняется его непостоянством и рассеянностью в пространстве. За рубежом выпускаются промышленные ветро-установки мощностью 100 кВт. В настоящее время в мире насчитывается порядка 30 тыс. ветровых установок. Германия получает от ветра 10 % своей энергии. В Дании действует 2400 ВЭС суммарной мощностью 253 МВт. Всего в Западной Европе ветровая энергия дает 2500 МВт электроэнергии. В США к концу 1989 г. насчитывалось 14 тыс. ВЭС общей мощностью 1,4 млн кВт.

Несмотря на то что для больших масштабов производства энергии на мощных ветрогенераторах требуются значительные территории и, кроме того, ВЭС становятся причиной радиопомех, сильного шума и вибраций, интерес к ВЭС во всем мире неуклонно возрастает.

Энергия приливов. Приливы-отливы наблюдаются в океанах и морях дважды в сутки, причем характер прилива зависит от географической широты местности, глубины моря и крутизны береговой линии. Величина перепада высот при приливе часто превышает 10 м.

Первая приливная электростанция (ПЭС) мощностью 240 МВт была построена во Франции в 1967 г., в месте впадения реки Роны в Ла-Манш. Устье реки было перегорожено дамбой длиной 700 м, в теле дамбы установлены «обратимые» гидроагрегаты, вращающиеся в одну сторону при приливе и в обратную — при отливе.

Стоимость сооружения ПЭС на Роне в 2,5 раза превысила стоимость обычной речной ГЭС такой же мощности. Вблизи Мурманска в 1986 г. построена опытно-промышленная ПЭС мощностью 800 кВт.

В Великобритании обсуждается проект сооружения ПЭС в открытом море. Выявлены участки мелководного моря со стабильным приливом высотой 6 м, на которых планируется строительство невысоких дамб в 10 км от берега. В этих дамбах будут установлены шлюзы и обратимые гидроагрегаты, способные использовать до 45 % энергии приливов и отливов. По расчетам, на восьми таких участках можно получать 25 % электроэнергии, требуемой стране. При этом отпадает необходимость в сооружении громоздких судоходных шлюзов и затоплении приморских равнин. На вынесенных в море дамбах можно дополнительно построить и ветровые электростанции. Стоимость производимой на такой ПЭС энергии сравнима со стоимостью, получаемой на АЭС.

Геотермальная энергия — это энергия, содержащаяся в подземной горячей воде и водяном паре. Запасы термальных вод на территории бывшего СССР оценивались примерно в 200 млн т условного топлива в год. В настоящее время ежегодно добывается 60 млн м3 термальной воды, что эквивалентно 500 тыс. т условного топлива.

На юге Камчатки, в долине р. Паужетки в 1966 году пущена первая в стране геотермальная тепловая электростанция (ГеоТЭС) мощностью 11 МВт. В отдаленных районах себестоимость электроэнергии на ГеоТЭС в несколько раз ниже, чем на дизельных электростанциях с привозным топливом. ГеоТЭС построены также в Италии, Новой Зеландии, США (Калифорния), Исландии.

В общей сложности сегодня ГеоТЭС вырабатывают около 0,1% суммарной мощности электростанций мира. В будущем этот вклад может быть более высоким, поскольку запасы геотермальных ресурсов очень велики.

Термоядерная энергетика. Большие надежды возлагаются на управляемую термоядерную реакцию синтеза ядер гелия и изотопов водорода (D — дейтерия и Т — трития). Для реакции синтеза необходима огромная температура — порядка сотни миллионов градусов. В результате реакции термоядерного синтеза выделяется колоссальное количество энергии: 5 МэВ (на нуклон*) при реакции одного атома дейтерия и 19,7 МэВ при реакции атома трития. Для сравнения: при делении одного атома урана выделяется всего 1 МэВ энергии на нуклон.

Наиболее заманчиво осуществить ядерный синтез дейтерия, содержащегося в обычной воде в количестве 1/6300 от массы воды. Подсчитано, что 1 л воды по теплотворной способности эквивалентен 3 л бензина, в 1 г дейтерия выделяет в термоядерной реакции теплоту, эквивалентную сжиганию 10 т угля. Энергия, соответствующая энергии ежегодно добываемых в мире горючих ископаемых, содержится всего в одном кубе воды со стороной 160 м!

Другие нетрадиционные источники энергии. В поисках альтернативных экологически чистых источников электроэнергии ведутся исследования энергии волн и течений. Волновые электростанции могут быть построены как на берегу, так и непосредственно в море. Трудности в эксплуатации волновых станций связаны с непостоянством размеров и скорости движения волн, а также с обеспечением устойчивой эксплуатации в условиях штормовой погоды.

Из других нетрадиционных источников энергии в последнее время все большее внимание уделяется так называемым биогазовым установкам. Небольшие установки (объемом от 1 м3 до 500 м3) используются на фермах, более крупные — на сахарных, спиртовых и других заводах, а также на свалках бытовых и промышленных отходов. Конструкции установок одинакового объема могут сильно отличаться в зависимости от вида сырья, занимаемой площади, необходимой степени очистки газа. Такие установки успешно эксплуатируются в США, во многих странах Западной Европы и других континентов. Так, в Индии в 1985 году их насчитывалось более 400 тыс., в Китае в 1986 году эксплуатировалось 25 млн печей и водонагревателей на биогазе.

И все же рассчитывать всерьез на то, что нетрадиционные источники энергии могут в скором времени заменить ныне действующие, не приходится. По прогнозам специалистов, переход на альтернативные источники энергии произойдет не ранее чем через 30-50 лет. А пока задача заключается в том, чтобы максимально снизить ущерб окружающей среде при использовании традиционных способов получения электроэнергии.

Практическая работа

Оценка уровня радиации

Теоретический аспект. После открытия в начале XX века радиоактивности человечество шагнуло далеко вперед по пути изучения данного явления. К сожалению, вначале это открытие коснулось только создания ядерного оружия огромной разрушительной силы и лишь позже — использования этой силы в мирных целях. Стали создаваться атомные электростанции, двигатели на ядерном топливе, приборы с радиоизотопами для проверки качества сварных швов в магистральных нефте- и газопроводах, аппаратура для медицинской диагностики, лечения некоторых онкологических заболеваний и т. д.

Однако после аварий на АЭС, на атомных подводных лодках и в научных центрах люди стали понимать, перед лицом какой грозной опасности они находятся. Этот враг невидим, но разрушает все живое с неумолимой силой. Имя его — радиация.

Суть метода. Создан ряд дозиметрических и радиометрических приборов, с помощью которых можно достаточно быстро определить, в опасной зоне находится человек или нет, загрязнены ли продукты радионуклидами.

Принцип работы этих приборов основан на том, что чувствительные элементы улавливают радиоактивное излучение и на световом индикаторе показывают его величину.

Ход работы (под руководством учителя):

  1. Воспользуйтесь имеющимся в школьном кабинете физики прибором для измерения радиации (рис. 10). Тщательно изучите инструкцию по его использованию.
  2. Измерьте уровни радиации в классе, в коридоре, на школьном дворе.
  3. Сравните полученные показания с естественным фоном радиации — 40-20 мР/ч (миллирентген в час) и сделайте заключение о радиоактивной обстановке в вашей школе и местности, где вы проживаете.
  4. Выводы запишите в тетрадь.

Рис. 10. Дозиметрический прибор

Основные понятия, термины

СЭС, геотермальная энергия, термоядерная реакция, энергия волн и течений, нетрадиционные источники энергии, биогазовые установки.

Вопросы для самопроверки

  1. Какие альтернативные источники энергии вы знаете?
  2. Назовите достоинства и недостатки альтернативных способов получения энергии.
  3. В чем преимущества термоядерной энергетики? Каковы ее перспективы?

* Нуклон — общее название протона и нейтрона.

 

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru