Энергии Солнца и ветра

С 1980 по 1990 г. стоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечными, тепловыми и ветроэнергетическими установками, снизилась более чем в 5 раз. В настоящее время эти техно­логии конкурентоспособны с традиционными способами производства электроэнергии.

В Италии и США уже созданы солнечные электростанции. Их экологическими недостатками являются большие затраты мате­риалов и нарушения экологического равновесия под солнечными батареями, занимающими площадь в несколько гектаров.

Наряду с этим намечаются и пути практического использования уже имеющихся биологических преобразователей. С точки зрения возможности относительно быстрой реализации наиболее заман­чивым представляется следующий двухступенчатый метод: вначале под действием солнечного света на культуру быстро­растущих микроводорослей или других растений следу­ет накапливать органичес­кую биомассу, а затем с по­мощью специальных бакте­рий перерабатывать ее в вы­сококалорийное топливо, например метан.

Одним из наиболее пер­спективных, представляется процесс раз­ложения воды на водород и кислород под действием солнечной радиации. Дело в том, что запасы воды на Земле практически неогра­ниченны, а водород — это ценный химический про­дукт, который можно ис­пользовать в виде экологи­чески чистого топлива, не дающего вредных отходов. Водород является лучшим топливом из всех известных видов: по теплотворности на единицу массы он в 2, 6 раза превосходит природный газ и в 3, 3 раза нефть или бензин. Кроме того, по мнению ряда ученых, он может пере­даваться по трубам на большие расстояния с затратами, близкими к стоимости передачи электрической энергии. Заметим, что вслед­ствие непостоянства потока солнечной энергии, падающей на Землю в течение дня или в разные времена года, приходится использовать аккумуляторы энергии. Таким хорошим аккумулятором может быть сам водород, получаемый при разложении воды.

Извлечь водород из воды можно как электролитически, что довольно дорого, так и прямым химическим (или фотохимиче­ским) путем. Однако видимая часть солнечного света воду прак­тически не разлагает. Поэтому вся проблема сводится к тому, что­бы найти соответствующие катализаторы. Отдельные стадии этого процесса в той или иной степени уже разработаны. Ближайшая задача состоит в том, чтобы соединить эти каталитические систе­мы в единый законченный фотохимический преобразователь.

Можно предположить, что со временем этот метод также ста­нет экономически выгодным для широкого применения.

Все большее внимание привлекает использование энергии вет­ра, поскольку в масштабах планеты энергия ветра в 1000 раз превышает гидроэнергию. В Дании в 1997 г. вращались лопасти 4000 электростанций, использующих энергию ветра. Они обеспечива­ют 3, 7% общего объема потребления электроэнергии. Однако к 2030 г. производство электроэнергии на основе энергии ветра, солнца и биогаза должно увеличиться до 50% общего производ­ства. В итоге планируется вдвое уменьшить выбросы вредных ве­ществ в атмосферу. Разработаны ветроустановки мощностью 500 — 600 кВт. Стоимость производства ветроэнергии сейчас составляет 20 центов за 1 кВт ∙ ч, ее планируется уменьшить до 4, 3 — 4, 4 цен­та/кВт-ч, что меньше стоимости производства электроэнергии на АЭС и ТЭС (7 центов за 1 кВт ∙ ч).

Дания является ведущей страной по применению энергии ветра. рациональные программы освоения энергии ветра развернуты так­же в Нидерландах, Канаде, ФРГ, Франции, Швеции, КНР и дру­гих странах. В США планировалось получить с помощью энергии ветра в 2000 г. 2% всей производимой электроэнергии, в Дании и Нидерландах — 10%. Страны Европейского сообщества планируют довести к 2030 г. долю ветроустановок в производстве электроэнер­гии до 10%. Опытные работы, проведенные в ФРГ, показали, что современные оптимальные по энергетике ветроэлсктростанции (ВЭС) будут иметь гигантские размеры: на 90-метровых башнях дол­жны вращаться пропеллеры с размахом лопастей 80—100 м, кото­рые приводят в движение роторы генераторов электрической энер­гии ВЭС. Башни должны отстоять друг от друга на расстоянии трех высот башен, поэтому ВЭС занимают сейчас большие площади.

В качестве главного экологического недостатка ВЭС отмечают генерацию ими инфразвукового шума, вызывающего постоянное угнетенное состояние, чувство дискомфорта и беспокойства. Как показывает опыт эксплуатации подобных установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы. Территории, где размещаются ВЭС большой мощности, оказываются практически непригодными для проживания.

В России построено 1500 ветроустановок разной мощности. В на­шей стране целесообразно использовать ВЭС в Калининградской области, на побережье Каспийского и Черного морей, на Байкале, Камчатке и Сахалине, побережье Северного Ледовитого океана.

Геотермальная энергетика на базе термальных (горячих подзем­ных) вод развивается достаточно интенсивно в США, на Филип­пинах, в Мексике, Италии, Японии, где построены геотермаль­ные тепловые электростанции. В России большие ресурсы геотер­мальной энергии имеются на Камчатке, Сахалине и Курильских островах, меньшие — на Кавказе. Геотермальная энергия может применяться в сельском (обогрев теплиц) и коммунальном (го­рячее водоснабжение) хозяйствах. К геотермальному водоснабжению подключены некоторые населенные пункты Дагестана, Ингушетии, Краснодарского и Ставропольского краев, Камчатки.

Океаны содержат огромный потенциал в виде тепловой энергии температурного градиента по глубине толщи воды (радиации, тем­ператур верхнего и нижнего слоев воды), а также энергию океани­ческих течений, морских волн и приливов. В мире наиболее развиты работы по приливным электростанциям (ПЭС). В 1966 г. во Фран­ции построена ПЭС «Ране», вырабатывающая 500 млн кВт ∙ ч элек­троэнергии в год, в 1968 г. в России – Кислогубская ПЭС на Коль­ском полуострове, в 1984 г. – ПЭС в Канаде мощностью 20 МВт.

Перспективно производство энергии биомассы, получаемой в ре­зультате переработки органических отходов. Разработаны техно­логии производства биогаза и этанола, которые можно использо­вать как топливо и компост (органические удобрения) из органи­ческих отходов животноводческих комплексов, свинокомплексов, птицефабрик, городских сточных вод, бытовых отходов, отходов де­ревообрабатывающей промышленности.

Экономия энергии. Экономические и экологические соображения требуют всемер­ной и повсеместной экономии энергоресурсов. Такая экономия позволит уменьшить расходы на производство продукции, сохра­нить энергоресурсы для будущих поколений, уменьшить загряз­нение окружающей среды.

Внимание к энергосберегающим технологиям производства резко возросло после нефтяного кризиса 1973—1974 гг., когда страны ОПЕК уменьшили экспорт нефти и увеличили цену на нее. В первую очередь пострадали развитые страны Европы, США, Япония. Новые энергосберегающие технологии были разработаны в Японии: с 1973 по 1984 г. валовой продукт Японии увеличился примерно вдвое, а энергозатраты возросли только на 7 - 8%. Ко­личество энергии, необходимой для выплавки стали, снизилось в Японии более чем на 85%. Это достижение связано с внедрением непрерывной разливки, которая в свою очередь стала возможна благодаря использованию огнеупорных кирпичей с керамически­ми добавками (с повышенной устойчивостью к теплу и трению). Разработан также керамический автомобильный двигатель. В 1985 г. фирма «Тойота» на международной выставке продемонстрирова­ла сверхэкономичный автомобиль с керамическим двигателем, который на 100 км пути тратит менее 2 л бензина.

Резко снизили энергоемкость промышленной продукции и дру­гие страны. Если принять энергоемкость в 1970 г. за 100%, то уже в 1983 г. она составляла в США — 61%, Великобритании — 55%, Франции — 61%, при этом производительность труда возросла в США в 1, 33 раза, в Англии — в 1, 63, во Франции — в 1, 47, в Японии — в 1, 56 раза.

Приведем несколько примеров энергосберегающих технологий. Более половины всей энергии, производимой в США, потреб­ляют электромоторы. Использование современных электродви­гателей с микропроцессорным управлением позволило бы сэко­номить 20 % потребляемой электроэнергии. Улучшение теплоизо­ляции домов (тройные оконные рамы, толщина стен 10—12 см) позволило бы уменьшить примерно на 50% энергию, затрачивае­мую на их обогрев. Такие меры принимаются в США, Швеции и других странах. Использование экономичных люминесцентных или натриевых ламп вместо ламп накаливания примерно в 4 раза умень­шает затрачиваемую электрическую энергию (в нашей стране на освещение идет 13% электроэнергии).

Огромное количество энергии (60-80%) удалось бы сэконо­мить в России, если повсеместно перейти от малоэффективного и экологически вредного мартеновского производства стали к раз­работанной в нашей стране технологии ее непрерывной разливки.

Современные типы двигателей автомобилей позволяют сни­зить потребление топлива в 2-6 раз (до 4, 5-1, 5 л бензина на 100 км), тем самым достигаются большая экономия нефтепро­дуктов и снижение вредных выбросов в атмосферу.

В целом потребление энергии в развитых странах при исполь­зовании энергосберегающих технологий может быть снижено в 1, 5 раза (на 30%). Рекомендации по экономии энергии в быту.

- Кипятите столько воды, сколько вам нужно, не больше.

- После закипания кипятите воду 1—3 мин.

- Закрывайте кастрюли и чайники крышками.

- Используйте только нужное вам освещение. Остальные све­тильники выключайте. Уходя из комнаты, гасите свет.

- Больше пользуйтесь маломощным местным освещением (на­стольными лампами, торшерами и т.д.).

- Следите за чистотой ламп. Вытирайте на них пыль.

- Где возможно, применяйте экономичные люминесцентные или натриевые лампы.

- При необходимости использования электроотопительных при­боров (электрокамины, рефлекторы и т.п.) ликвидируйте утечки тепла из помещения: заделайте щели в окнах, утеплите двери.

Таким образом, экологизация изученных производственных процессов полностью не решена и требует завершения в плане создания безотходных технологий или использования отходов этих производств в качестве вторичного сырья, создания замкнутых производственных циклов

Вопросы для самоподготовки

1. Основные принципы организации химико-технологических процессов

2.Нефтехимические производства технология, продукция, экологизация.

3. Производство синтетических волокон, экологические проблемы.

4.Производство серной кислоты и решение проблем очистки выбросов

5. Производство аммиака и азотной кислоты, азотных удобрений, экологизация производственных процессов

6.Производство фосфорной кислоты и фосфорных удобрений и проблемы утилизации выбросов и твердых отходов

7.Производство эластомеров, очистка выбросов.

8. Производство стройматериалов, их экологизация

9. Экологические проблемы биотехнологических производств.

10. Экологизация производственных процессов получения калийных удобрений

11. Энергетические процессы и проблемы экологии

Тема 5