Презентация на тему Экологические проблемы энергетики

все живые организмы, не может существовать без постоянного потребления

энергии. Количество энергии, необходимое человеку в виде пищи, хорошо известно и составляет 2,9 кВтч/сутки. Но уже в первобытном обществе суммарное потребление энергии каждым индивидуумом значительно превышало эту величину. Человеку было недостаточно тепловой энергии солнечного излучения для приготовления пищи, обогрева жилища и т.д. Необходимое дополнительное количество энергии получали за счёт сжигания топлива растительного происхождения.

ценах 2000 г./чел.) с потреблением энергетических ресурсов (кг у.т./чел.,

в мире в 2000 г.)

общем балансе использования энергии в мире продолжает неуклонно увеличиваться

опережающими темпами.
Так, в РФ начиная с 1950 г. доля первичных энергоресурсов, используемых на выработку электроэнергии, увеличилась с 14 почти до 27%, а с учётом затрат на производство тепла на электростанциях – до 50%. И тому есть немало причин. Среди них выделяются следующие:
электричество – единственный вид энергии, который удаётся производить в больших количествах, передавать на большие расстояния и сравнительно просто распределять между различными потребителями;
технологии, использующие электроэнергию, обладают меньшей трудоёмкостью по сравнению с технологиями на основе других энергоносителей, что особенно важно в свете растущего дефицита трудовых ресурсов;

производительности труда, без электрификации невозможна и компьютеризация производства;
электроэнергия

является универсальным энергоносителем. Универсальность электричества проявляется как в сравнительной лёгкости преобразования в другие формы энергии, так и в возможности использования для получения электроэнергии практически любого первичного источника энергии, рентабельного на данном этапе;
в сфере энергопотребления электричество выступает как эколо­гически чистый энергоноситель (не учитывая тепловое загрязнение).

использования энергии на тепловых электростанциях может быть определён из

коэффициента превращения энергии на отдельных стадиях этого процесса.
Преобразование химической энергии в тепловую в мощных паровых котлах протекает с КПД = 88%. В паровой турбине в среднем 42% тепловой энергии превращается в кинетическую. КПД электрогенератора значительно выше и составляет 98%. Таким образом, суммарный КПД превращения химической энергии в электрическую в этом цикле составит всего 36%.

КПДтэс = 0,880,420,98100% = 36%

2 – топка с котлом и пароперегревателем; 3 –

турбина; 4 – генератор; 5 – трансформатор; 6 – конденсаторы; 7 – градирня; 8 – зола; 9 – труба.

различать три существующих пути в технике использования солнечной энергии:

преобразование солнечной энергии в электрическую;
получение тепловой энергии;
производство биомассы, концентрирование солнечной энергии автотрофными организмами и последующее использование их химической энергии.
Работы по трансформации солнечной энергии в электрическую ведутся по двум направлениям:
создание солнечных электростанций (СЭС), в которых теплоэлектропаровой котел, характерный для ТЭС, заменён на солнечный паровой котёл;
разработка полупроводниковых фотоэлектропреобразова-телей – фотоэлементов, способных превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую.

выбросов и нет нарушения баланса энергии, так как сколько

энергии попадает на её приёмник (например, панель солнечной батареи), ровно столько энергии будет выделено, в конце концов, в пространство Земли, т.е. не имеет значения, поглощается ли энергия поверхностью Земли напрямую или после её использования.

фотосинтеза около 200 млрд. т углерода, превращая его в

органические соединения.
Общее энергосодержание образующейся при этом биомассы оценивается в 31021 Дж. Эта величина примерно в 10 раз превышает ежегодное мировое потребление энергии и в 200 раз больше энергосодержания ежегодно потребляемой человечеством пищи.
Эффективность фотосинтеза с точки зрения трансформации солнечной энергии крайне низкая, в среднем 0,1% от теоретической (равной 15%). Однако имеются растения, которые используют 1 и даже 3% солнечной энергии (некоторые растения на севере).
Общее количество энергии солнечного излучения, получаемое поверхностью Земли за год, более чем в 20000 раз превышает современный уровень мирового производства энергии.

атомных электростанциях (АЭС) является процесс деления тяжёлых ядер при

взаимодействии их с нейтронами. Полное энерговыделение на один элементарный акт деления составляет 200 МэВ. Такое высокое энерговыделение и определяет огромную теплотворную способность ядерного топлива, превышающую теплотворную способность органического топлива в миллионы раз. В соответствии с принципом, положенным в основу получения управляемой реакции деления, все ядерные реакторы делятся на два типа: реакторы на тепловых или медленных нейтронах и реакторы на быстрых нейтронах или реакторы-размножители.

2 – насос первичной воды; 3 – парогенератор; 4

– паровая турбина; 5 – электрический генератор; 6 – конденсатор пара; 7 – насос вторичной воды

– реактор; 2 – регулирующие стержни; 3 – первичный

контур, теплоноситель – металлический натрий; 4 – второй натриевый контур; 5 – парогенератор; 6 – турбогенератор; 7 – конденсатор пара; 8 – охлаждающая вода

искусственным топливом и в настоящее время рассматривается как перспективный

энергоноситель, по некоторым показателям превосходящий даже наиболее широко используемый в настоящее время энергоноситель – электроэнергию. В природе нет доступных для промышленного использования количеств газообразного водорода, поэтому получение водорода в качестве топлива всегда требует затрат первичной энергии ископаемого топлива, ядерной, солнечной или других её видов. Одно из основных преимуществ водорода по сравнению с электроэнергией является возможность его накопления и хранения в жидком или газообразном состоянии.

Но объём потребления энергии является неравномерным в течение суток

и на протяжении всего года. Это приводит к необходимости работы электрогенерирующих установок в переменном режиме, при этом неизбежно возникают сложности в эксплуатации оборудования, падает эффективность преобразования энергии.

Ещё одним преимуществом использования водорода в качестве энергоносителя является возможность более экономичного, по сравнению с электроэнергией, его транспортирования на большие расстояния, хотя здесь есть ещё немало нерешённых проблем.

в качестве энергоносителя определяется и рядом других его свойств,

среди которых необходимо назвать следующие:
высокое удельное энергосодержание в расчёте на единицу массы (в три раза выше, чем у природного газа);
возможность использования для получения энергии имеющихся в промышленности газовых горелок и двигателей внутреннего сгорания на транспорте без серьёзных их модификаций;
в химической промышленности и металлургии водород может быть использован в качестве восстановителя;
производство его возможно несколькими способами (химическим, электрохимическим, биологическим);
возможна организация экономически оправданного децентрализованного производства и использования водорода.

энергетике
Рис…Структура мирового энергетического баланса
(в начале ХХI века, 13 млрд.

т условного топлива).

(0,76 и 0,82) (а) с потенциальными возможностями возобновляемых источников

энергии (б).

К ним относятся: реки (гидроэнергетика), морские приливы

и отливы, тепло Земли (геотермальная энергия) и Солнца (непосредственно энергия солнечной радиа­ции или энергия ветра, морских волн, тепла морей и океанов).
Солнечная энергетика
В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, использующей непосред­ственно солнечную радиацию, чрезвычайно велики. Общее количество солнечной энергии, проходящей через атмосферу и достигающей поверх­ности Земли, оценивается в 2000Q в год. Использование лишь 0,01% этой энергии могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а 0,5% – полностью покрыть потребности и на перспективу.

которую ежегодно падает поток солнечной энергии, равный 1Q, на

различных широтах. Так на экваторе интенсивность составляет 251 Вт/м2, необходимая площадь – 133 тыс. км2.

«чистоте» солнечной энергетики недостаточно обосновано. Сама энергия да. Но

для того чтобы её уловить, и трансформировать в удобную для потребления форму, нужны соответствующие устройства, а это материалы. В процессе добычи сырья и получения этих материалов для изготовления необходимых устройств будет происходить существенное загрязнение окружающей среды.

Термоядерная энергетика, основанная на синтезе ядер дейтерия или

ядер дейтерия и трития, многократно расширяют сырьевую базу ядерной энергетики. В термоядерной реакции D - Т условно лимитирующим фактором оказываются ресурсы не дейтерия, а лития. Трития в природе практически нет. Его получают искусственно, облучая ядра лития нейтронами.
Литий лимитирует развитие энергетики условно, поскольку его ресурсов достаточно, чтобы обеспечить потребности на многие столетия. Переход же к термоядерной энергетике на основе синтеза только ядер дейтерия открывает неограниченные возможности для производства энергии.

АЭС и исследовательских реакторов в нашей стране показывает, что

атомная энергетика не только не увеличивает загрязнения биосферы, но и способствует её оздоровлению.
АЭС не требует кислорода для сжигания топлива и не выбрасывает оксидов углерода, не загрязняет воздушный бассейн оксидами серы, азота, тяжёлыми металлами, фенолами и канцерогенными веществами, летучей золой и другими вредными компонентами.
Выбросы радиоактивных веществ от АЭС в расчёте на единицу электрической мощности на порядок ниже выбросов естественных радиопродуктов, содержащихся в органическом топливе (например, в угле) ТЭС.

Согласно установившейся трактовке закона сохранения энергии, энергия не может

быть уничтожена или получена из ничего, она может лишь переходить из одного вида в другой. Это утверждение справедливо лишь в случае перевода любого вида энергии в тепловую энергию. Процесс обратной трансформации тепловой энергии в другие виды энергии не всегда возможен и, если происходит, то в любом случае не полностью.
Тепловая энергия – результат неупорядоченного движения молекул и атомов вещества, в то время как другие виды энергии – результат упорядоченного движения.
Как и в жизни, порядок просто превратить в хаос, а сделать наоборот гораздо труднее, так и в случае превращения неупорядоченного движения в упорядоченное.

природного газа, для нагрева 1м3 воды от 0 0С

до 100 0С в случае, если нагрев осуществляется электронагревателем (КПД 98%) и газовой горелкой (КПД 62%).
Решение: для нагрева 1м3 воды от 0 0С до 100 0С необходимо затратить:
Qт = V0 × C × Т= 1000 × 1 × 100 = 105 ккал,
где Qт – количество тепловой энергии (ккал); V0 – объём воды (м3); С – теплоёмкость воды равная 1 ккал/(моль × град.); Т – разность температур.
Так как КПД электронагревателя равен 98%, затраты электри­ческой энергии составят:
Qэ = = 1,02 × 105 ккал.
Общий КПД электростанции, работающей на природном газе, составит:
КПДобщ. = 0,37 × 0,98 × 100% = 36%,
поэтому потребность в тепловой энергии, образующейся при сжигании природного газа на ТЭС будет:

Qобщ. = = 2,83 × 105 ккал.

, определим потребность в природном газе:

Vг = = 31,4 м3 .
В случае непосредственного нагрева воды газовой горелкой потребность в тепловой энергии составит:
Qт = = 1,61 × 105 ккал.
Расход природного газа, имеющего ту же теплотворную способность, равен:
V1т = = 12,9 м3 .
Энергосбережение на сегодняшний день является самым эффективным, дешёвым и экологически обоснованным средством для решения энергетических проблем, особенно в РФ.

Таблица Уменьшение концентрации оксидов азота в отходящих газах тепловых электростанций в зависимости от метода регулирования процессов горения, %

Таблица Среднее содержание некоторых токсичных компонентов в земной коре и угольной золе, г/т

Конвенции об изменении климата
Была принята в 1992 г. и

вступила в силу в 1994 г. На 1 сентября 1999 г. участниками Конвенции являлись 166 государств, 151 из которых Конвенцию ратифицировали, в том числе РФ.
На Третьей конференции об изменении климата (1997 г.) в Киото был принят заключительный протокол, который предусматривает общее сокращение выбросов «парниковых» газов в атмосферу на 5,2%.
В соответствии с Киотским протоколом к 2008-2012 гг. страны Европейского союза сокращают выбросы «парниковых» газов на 8%, США на 7% и Япония на 6% от уровня 1990 г.

уровне 1990 г. Россия ратифицировала конвенцию в 2004 г.

и с этого времени она заработала.
За превышение выбросов сверх разрешённых установлены санкции.
Неиспользованные квоты выбросов можно продать.

Суть Киотского протокола в том, что он впервые предложил экономические механизмы по энергоэффективности и сбережению ресурсов и стимулировал энергосбережение.

приняты национальные коэффициенты эмиссии

Таблица Коэффициенты эмиссии СО2 для РФ

изменения концентрации CO2 , CH4 и изменения температуры за

400 тыс. лет до н.э. и изменению температуры за более длительный период показал, что они изменялись в широких пределах периодически под влиянием природных (космических) причин поскольку менялась орбита Земли и наклон её оси вращения, а следовательно, и количество энергии поступающей на Землю от Солнца. Также было отмечено, что повышению концентрации «парниковых газов» предшествовало повышение температуры, а не наоборот. И это находит логичное объяснение в выделении газов при повышении температуры океана – главного резерва этих газов.

на климат оценивается примерно в 10%.
Киотского протокола прежде

всего стимулирует энергосбережение, а уменьшение выбросов «парниковых газов» сокращает выбросы и других, токсичных загрязнителей атмосферы, что безусловно идёт на пользу людям (сохраняет здоровье!).

400 тыс. лет.

400 тыс. лет.

млн. лет. Эквивалентные изменения температуры ΔТ (С0) получены по

данным станции «Восток» (Антарктида) и по данным донных осадков Полярного океана.

– 2005гг
Рост температуры приземного слоя атмосферы Земли в 1900

– 2005гг

Антропогенное влияние на климат оценивается примерно в 10%.
А

какова основная польза от Киотского протокола? Прежде всего он стимулирует энергосбережение, а уменьшение выбросов «парниковых газов» сокращает выбросы и других, токсичных загрязнителей атмосферы, что безусловно идёт на пользу людям (сохраняет здоровье!).

конференция стран-участниц Рамочной конвенции ООН об изменении климата, на

которой планировалось выработать новое международное соглашение о сокращении выбросов парниковых газов на пост Киотский период (2012-2020 гг.).
Конференция закончилась провалом в связи с непримиримыми позициями развивающихся стран (Китай, Индия, ЮАР и Бразилия) и развитыми (США, Евросоюз, Канада и др.). Развитые страны хотели навязать развивающимся непосильное для них бремя борьбы с выбросами парниковых газов, что значительно бы замедлило их экономический рост, на что они резонно ответили, поскольку современная ситуация сложилась по вине развитых стран им и брать основное бремя расходов на себя.
По мнению академика Н.П. Лавёрова: «Лицами, которые выступают с негативными прогнозами (катастрофических последствий глобального потепления от выбросов парниковых газов) движут коммерческие и политические интересы».

образом, в %: Китай - 24,США - 21, ЕС

– 12, Индия и Россия – 6.
В ходе дискуссий на конференции страны высказали свои намерения снизить выбросы, по сравнению с 1990г., в %: Евросоюз – на 20 (к этому времени Евросоюз планирует снизить потребление углеводородов на 20% за счёт энергосбережения и 20% - за счёт перехода на альтернативные источники энергии, то есть выбросы СО2 снижаются автоматически ), Япония - на 17, Австралия – на 5. США брали обязательство снизить выбросы на 17%, но по отношению к 2005г. (по отношению 1990г. это всего 2-3%). А вот к 2050г. они обещают снизить выбросы парниковых газов более чем на 80% (!) ( к этому времени администрация в США сменится несколько раз). Китай так же предложил снизить выбросы на 40-45%, но тоже по сравнению с 2005г.
Россия предложила снизить выбросы СО2 на 25%, но в связи с развалом экономики они и так уменьшились по сравнению с 1990г. на 38% (то есть, мы предложили не уменьшение выбросов, а их увеличение на 13%).

секретной переписки климатологов США и Великобритании, из которой становится

ясно, что температура на Земле не возрастает, а наоборот понижается и эти данные сознательно искажались в пользу концепции всеобщего потепления по вине парниковых газов.
Ну и серьёзным фактором является мнение наших и многих зарубежных климатологов, что доля влияния человека на климатические изменения остаётся трудноопределяемой и неясной. Значительная часть климатических изменений связана с глобальными долгосрочными трендами, и, чтобы мы ни сделали, скорее всего какие-то изменения будут продолжаться в силу естественных причин.
Между прочим, концентрация СО2 в атмосфере Марса превышает 95%, однако Красная планета намного холоднее Земли.

количество тепловой энергии на ТЭС и ТЭЦ поступает в

окружающую среду на стадии конденсации пара, около 50-55% от тепловой энергии, выделяемой при сгорании топлива.
На АЭС эта величина ещё больше и составляет для ВВЭР (водо-водяных реакторов) 65-68% от общей тепловой энергии, вырабатываемой в реакторе.
В настоящее время наиболее распространённым хладоагентом при конденсации пара на ТЭС и АЭС является вода системы технического водоснабжения (СТВС).

роль в нарушении устойчивости биосферы играет непрерывный рост производства

и потребления энергии, а любое ее использование в конечном итоге приводит к рассеиванию и появлению на поверхности Земли дополнительных источников тепла.
Загрязнение атмосферы, водной среды и поверхности (суши) различными токсичными веществами безусловно оказывает пагубное влияние на биосферу, но эти процессы более управляемы. Уже существующие технические средства позволяют решать большинство этих проблем (вопрос в цене и времени). Потерю же тепла, рассеивание можно уменьшить, но избежать невозможно, этому препятствуют законы природы.

2040 г. суммарная мощность антропогенных источников достигнет 1% от

энергии Солнца на поверхности Земли, а это уже чревато серьёзным нарушением глобального экологического равновесия.
Проблема усугубляется ещё тем, что большая часть энергии производится путём сжигания ископаемого органического топлива (уголь, нефть, газ) с образованием значительного количества «парниковых» газов (в основном СО2 ), которые сами влияют на глобальное потепление.

затухают, а их энергия рассеивается. Но может вступить в

действие и обратная связь. В этом случае возникает самоподдерживающаяся цепная реакция, и незначительное событие может послужить толчком, который, обладая триггерным эффектом, приведёт в действие явления значительно большего, по сравнении с ним, масштаба.
Так многие климатологи считает, что глобальное потепление может приводить к учащению ураганов или, по крайней мере, к возрастанию их интенсивности. Таким образом, может создаться положительная обратная связь: возникновение урагана будет способствовать формированию новых ураганов.