Экологическая энергия

Экологическая энергия

Мир современной энергетики является основополагающим условием для развития разнообразных отраслей промышленности. Промышленно развитые страны отличаются стремительными темпами развития энергетики, которые опережают темпы развития отраслевой промышленности.

В свою очередь, энергетика является серьезным источником неблагоприятного воздействия на человека и окружающую среду. Это влияние сказывается на атмосфере, за счет высокого потребления кислорода, выбросов газов, твердых частиц и влаги.

Гидросфера страдает из-за потребления воды на нужды энергетики, создания искусственных водохранилищ, сбросов жидких отходов, нагретых и загрязненных вод. Существенно изменяется и литосфера по причине чрезмерного потребления ископаемых топливных ресурсов, изменения ландшафтов, выброса токсичных веществ.

Современные гидроэнергетические технологии отличаются, как преимуществами, так и недостатками. К примеру, количество произведенной электроэнергии зависит от водных ресурсов, которые могут истощаться во время засухи.

Это играет огромную роль для энергетического комплекса страны. Энергетика и экология – сомнительное сочетание, когда речь идет о строительстве плотин, переселении жителей, заилении водохранилищ, пересыхании русел рек, затоплении огромных территорий, значительной затратности проектов.

Изменение уровня воды в реках приводит к полной гибели растительности, плотины становятся серьезным препятствием для миграции рыб, ГЭС многокаскадного типа уже превратили реки в озера, перерастающие в болота. Россия получает при использовании гидроресурсов не более 20% энергии, а при строительстве только одной ГЭС затапливается более 6 миллионов гектар. Таким образом, энергетика влияет на экологию, и это неравноценный по потерям для природы обмен.

Что касается влияния энергии ТЭС на экологию, то можно отметить, как главный фактор, выделение вредных веществ в виде закиси углерода, соединений азота, свинца и значительного количества тепла. 5 миллиардов тонн угля ежегодно сжигается и более трех миллионов тонн нефти, что сопровождается гигантским выбросом в атмосферу Земли тепла.

Нынешние темпы потребления угля приведут к неминуемому истощению ископаемого через 150 – 200 лет, нефти — через 40 – 50 лет, газа, предположительно, — через 60. Полный спектр работ по добыче, транспортировке и сжигании данного вида топлива сопровождается процессами, ощутимо влияющими на загрязнение окружающей среды.

Влияние энергетики на экологию связано с добычей угля и засолением водных ресурсов. Помимо этого, откаченная вода содержит радон и изотопы радия. А атмосфера загрязняется продуктами сжигания угля в виде оксидов серы – 120 тысяч тонн, окислов азота – 20 тысяч тонн, пепла 1500 тонн, оксида углерода – 7 миллионов тонн.

Кроме того, происходит при горении образование более 300 тысяч тонн золы, включающей в себя 400 тонн токсичных металлов в виде ртути, мышьяка, свинца и кадмия. Работу ТЭС можно сопоставить, по выбросам в атмосферу радиоактивных веществ, с работой АЭС аналогичной мощности.

Ежегодные выбросы оксидов углерода способствуют повышению температуры на Земле, что может привести к вполне предсказуемым климатическим изменениям.

Влияние энергетики на экологию, когда речь идет о нефти и газе, достигло катастрофических и глобальных масштабов. Ученые утверждают, что выбросы от сжигания нефти и угля ежегодно влияют на состояние здоровья людей примерно так же, как авария на Чернобыльской АЭС. Этот «тихий Чернобыль», обладает последствиями, результаты которого пока невидимы, но они целенаправленно и постоянно уничтожают экологию.

Солнце – неисчерпаемый источник тепла. Среди существующих традиционных видов альтернативной энергетики (энергия волн, земли, ветра, приливов, геотермальная энергия, а также энергия из газа от мусорных свалок и навоза на фермах) основным видом является энергия Солнца.

Человеческий мир, постоянно находящийся в поисках энергии, только недавно обратил внимание на источник энергетического изобилия. Использование энергии Солнца для нужд промышленности на данном этапе обходится дорого.

Но тенденция снижения цен за последние годы существенно снизилась и за последние пять лет стала в два раза ниже первоначальной. Изменение и усовершенствование технологий уже завтра может сделать солнечную энергию доступной и неограниченной.

  • Возобновляемые источники энергии в Шотландии приходятся на треть всего объема вырабатываемой энергии.
  • К 2027 году Евросоюзом планируется довести долю альтернативной энергетики до 20%.
  • Альтернативная энергетика способствует созданию рабочих мест.
  • Использование отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота в целях переработки в биогаз даст возможность обеспечить электроэнергией жителей планеты и сократить выбросы парниковых газов.
  • Альтернативная энергетика — более привлекательная отрасль для инвесторов, которые отдают ей предпочтение перед другими видами топлива.

Эти и многие другие факты могут обеспечить наши энергетические потребности без ущерба для экологии, что оздоровит нашу природу и население планеты.

Экологическая энергия

Харьковская государственная академия дизайна и искусств

Экологическая энергетика будущего

Основой развития современной цивилизации является энергетика. От состояния энергетики зависит темп развития научно-технического прогресса (НТП). Способы добычи и использования энергии существенно влияют на состояние окружающей природной среды (ОПС). На рис.1 показана взаимосвязь развития НТП, источников энергии и загрязнения ОПС.

Рис. 1. Взаимосвязь энергетики, НТП и экологии

Рассмотрим все возможные на сегодня варианты экологически чистой энергетики (рис. 2):

Рис. 2. Альтернативные экологические источники энергии

Солнце – самый мощный экологический источник энергии на Земле. Но интенсивность солнечного излучения на поверхности Земли зависит от многих факторов: географической широты, времени суток, погоды и др. Солнечные батареи малых мощностей успешно применяются для получения электроэнергии в промышленности, на транспорте, обогрева бытовых помещений. Создание мощных электростанций сдерживается их высокой стоимостью и отчуждением больших земельных площадей.

Ветер – также мощный источник энергии. Существующие электроветряные установки все шире применяются в небольших хозяйствах. Их эффективность существенно зависит от географического места и погодных условий. Для получения больших мощностей требуется множество установок на отчуждаемых полигонах. Ветряные установки излучают низкочастотный шум, который вреден даже для животных.

Гидроэлектростанции вырабатывают в наше время около 20% электроэнергии в мире [2]. Они не загрязняют атмосферу вредными выбросами. Но при их сооружении затапливаются огромные площади плодородных земель.

Его можно получать из множества органических отходов сельскохозяйственного производства, перерабатываемой древесины, отходов жизнедеятельности людей и др. Сейчас ведутся бурные дискуссии о целесообразности его широкого применения. По расчетам ученых [3] этанол, производимый из зерновых культур, снижает выбросы парниковых газов на 12% и дает энергии лишь на 25% больше затраченной на его производство. Его использование может смягчить экологический кризис, но вызвать кризис продовольственный.

У земной коры на глубинах 7-10 км аккумулировано тепло, количество которого в тысячи раз превышает теплоемкость всех видов ископаемого топлива. Но технологии его массового использования еще не отработаны.

· Энергия морей и океанов.

Мировой океан содержит огромный энергетический потенциал: энергия волн, приливов и отливов, морских течений, разность температур слоев морской воды. Но широкое внедрение морских электростанций разных типов сдерживается относительно высокой их стоимостью.

Водород как топливо является перспективным. Вложены немалые средства в разработку водородных двигателей для космических ракет и автомобилей. Но, если в циркуляции водорода главную роль будет играть атмосфера, существует вероятность разрушения озонового слоя атмосферы [3].

Топливом для термоядерного реактора являются изотопы водорода, запасы которых в водах мирового океана неисчерпаемы. В термоядерном реакторе реализуется синтез химических элементов при температуре порядка 150млн. 0 С. Эта температура значительно выше температуры внутри Солнца. Невероятно сложно осуществить реактор технологически и конструктивно. Над этой проблемой ученые работают безуспешно уже более 50 лет. Потрачены сотни млрд.долларов, и в ближайшее время осуществление управляемой термоядерной реакции невозможно. Существует также теория, которая вообще отрицает возможность термоядерной реакции в земных условиях.

Краткий анализ приведенных земных источников экологической энергии показывает, что, за исключением термоядерного топлива, все остальные не могут гарантировать надежное энергетическое обеспечение в будущем. В целом, они могут обеспечить не более 30% энергетических потребностей в современной цивилизации.

Гравитация – это неисчерпаемый космический экологический источник энергии, к овладению которым человечество еще только приближается. Это обусловлено кризисом физики в ХХ ст. [4]. Наметились пути выхода из кризиса. Украинские ученые А.Киндеревич и Л.Кича разработали единую теорию поля и предложили ряд проектов по использованию гравитационной энергии [5].

Рассмотрим суть данной теории, ее основные постулаты:

· все массы материи и причинно-следственные процессы в материальном мире излучают потоки времени-пространства (ВП);

· сила гравитации направлена против этого потока;

· потоки ВП абсолютно проницаемы;

· потоки ВП изотропны, их свойства независимы от направления;

· через всякую точку пространства силовые линии потока ВП проходят как прямые, проходящие через одну точку;

· плотность потока обратно пропорциональна квадрату расстояние от источника;

· противонаправленные потоки ВП компенсируют друг друга;

· «черные дыры» и другие массы Вселенной создают фоновую плотность энтропийного потока ВП (ВПэ);

· сила гравитации, вызванная противонаправленными потоками ВП, определяется разностью этих потоков, так на всякое тело на Земле действует сила земного тяготений вследствие превышения плотности потока ВП от земли (ВПз) над потоком ВПэ;

· управление потоками ВП возможно с помощью линз фокусации ВП.

Известны линзы фокусации, наблюдаемые в природе:

· космические вихри плазменной материи, например, выбрасываемые Солнцем вопреки огромным силам собственного гравитационного притяжения;

· атмосферные вихри (смерчи) и циклоны, вращающиеся атмосферные вихри вызывают перегравитацию и подъем огромных масс вещества вверх;

· материальный вращающийся диск как аналог атмосферного вихря;

Авторы теории предлагают рукотворные линзы фокусации:

· электромагнитные линзы, в которых создаются «вихри» электронных потоков, подчиняющиеся законам Ампера и Лоренца;

· те же электромагнитные линзы с использованием сверхпроводимости, в которых усиливаются эффекты перегравитации;

· электродинамические линзы, состоящие из вращающихся металлических дисков.

Устройство и принцип действия электромагнитной линзы, работающей по закону Ампера, представлены на рис. 3.

Рис. 3. Устройство электромагнитной линзы фокусации

Согласно рис.3 линза фокусации содержит:

1 – верхний железный диск;

2 – нижний железный диск;

3 – спиралевидная обмотка плоской катушки;

4 – подковообразные магниты (4 шт.);

5 – катушки намагничивания (8 шт.);

6 – немагнитное соединение дисков.

Если через катушки намагничивания подковообразных магнитов пропускать постоянный ток, то диски становятся полюсами мощного магнита. Пусть его полярность будет такой, как показано на рис.3. Пусть направление электрического тока I в спиралевидной плоской катушке будет против часовой стрелки (на разрезе D-D – направление тока «от нас»). В соответствии с правилом левой руки по закону Ампера, при магнитной индукции, входящей в ладонь, и направлении тока вдоль четырех пальцев, большой палец указывает направление силы, действующей на поток электронов в спирали – от центра. Тогда энтропийный поток ВПэ, пройдя через линзу, будет направлен к центру, т.е. будет фокусироваться. И, наоборот, для гравитационного потока от Земли ВПз ток по спирали будет направлен по часовой стрелке, сила будет направлена к центру, а поток ВПз – от центра, т.е. будет расфокусирован.

Величина силы, действующей на проводник с током в магнитном поле по закону Ампера, определяется формулой:

,

где В – индуктивность; I – сила тока; l – длина провода; — угол между силовыми магнитными линиями и направлением тока (в нашем случае sin =1).

Из формулы следует, что в линзе при изменении индуктивности и силы тока в широких пределах возможно управление силой и гравитационными потоками. Использование таких линз фокусации предложено в проекте гравитационной электростанции.

На рис.4 представлен один из вариантов функциональной схемы такой станции.

Рис. 4. Функциональная схема гравитационной электростанции

Основные элементы станции:

1 – верхняя линза фокусации;

2 – нижняя линза фокусации;

3 – инерционный маховик (ротор электрогенератора);

4 – статор электрогенератора;

5 – компенсационные линзы;

6 – электрогенератор (8 шт.).

Если обе силовые линзы будут работать в режиме расфокусации противонаправленных потоков ВП, возникает колоссальная сила, способная вращать маховики (роторы генераторов). Роторы под воздействием сил вращаются в направлении, противоположном падающим потокам ВП.

Авторы проекта приводят основные конструктивные особенности и расчеты элементов станции:

· Силовые линзы. Линзы диаметром 6 м состоят из двух железных дисков толщиной 10 мм, внутренней спиралевидной обмотки, набранной изолированным алюминиевым проводом пластинчатого типа сечением 1х10 мм. Длина спирали 28050 м, масса 737 кг. Спираль разбита на 85 участков с длиной провода каждого участка 330 м и сопротивлением 0,9 Ом. Участки спирали подключаются к питанию параллельно. При напряжении постоянного тока 12 В сила тока будет 13,3 А на каждом участке. Для усиления магнитного воздействия силу тока можно увеличивать до 200 А. При номинальном режиме необходимая мощность, подаваемая на участок спирали – 160 Вт, на всю спираль – 13,6 кВт, на спирали 2-х линз – 27,2 кВт.

· Подковообразные электромагниты. Они состоят из железных подковообразных сердечников толщиной 30 мм. На концы сердечников надеты катушки длиной 400 мм. Каждая катушка имеет 12 слоев по 500 витков в одном слое провода 1 мм 2 . Сопротивление одной катушки 50 Ом. Катушки подключаются в сеть напряжением 500 В параллельно. Сила тока в катушке 10 А. мощность, потребляемая одной катушкой, 5 кВт, магнитом с двумя катушками — 10 кВт, 4-мя магнитами линзы — 40 кВт, 2-мя линзами суммарно — 80 кВт.

· Система погашения боковых потоков ВП. Система необходима для погашения мощных боковых потоков ВП вдоль линз. Они будут притягивать к себе все, что попадает в область распространения этих потоков. Гашение производится после их использования для вращения инерционных маховиков (роторов) генераторов и реализуется противонаправлением потоков друг к другу. Линзы имеют квадратную форму со стороной 0,6 м, а поверхность цилиндрическую, соответствующую диаметру кольца гашения. Мощность одной линзы 1,7 кВт. При диаметре кольца гашения 8 м понадобится для каждой силовой линзы 40 линз гашения, для 2-х линз — 80. Потребляемая мощность системой погашения 136 кВт.

Анализ и исследование данного проекта гравитационной электростанции показал ее основные достоинства:

· неисчерпаемость источника энергии;

· возможность установки в любом поселке, районе города;

· нет отчуждения площадей для высоковольтных ЛЭП;

· экологическая чистота и др.

Кроме того, рассмотренный принцип получения электроэнергии может широко применяться для создания минигенераторов, вплоть до карманных.

Таким образом, гравитационная энергетика имеет прекрасную перспективу в будущей космической цивилизации человечества.

1. Галушка О.О. Науково-технічний прогрес і екологія //Наукова конференція професорсько-викладацького складу за підсумками роботи у 2005/2006 н.р. – Харків: ХДАДМ, 2006. – С.6-9.

2. Білявський Г.О. Основи загальної екології. – К.: Либідь, 1995. – 368с.

3. Жданов В. Разумная альтернатива //Корреспондент. — №29/218, 2006.

4. Галушка О.А. Парадигма научно-технического прогресса в ХХ I в. // Теорія і практика матеріально-художньої культури. – Харків: ХДАДМ, 2003. — №3. – С.23-27.

5. Киндеревич А., Кича Л. Теория поля . Элементы теории чисел. – К., 2000. – 528 с.

Экологически чистая энергия

Экологически чистая энергия из возобновляемых природных источников — это весьма перспективная тема для ведения рационального хозяйства. Солнечные электростанции и ветряки уже производят электроэнергию во многих странах, но, как оказалось, не все так просто и радужно.

Рассмотрим проблемы, связанные с внедрением солнечной энергетики, с которыми столкнулась Германия.

Количество солнечных фотогальванических энергетических установок стремительно растет. Это благоприятно для окружающей среды, но плохо для потребителя, так как энергия с учётом предоставленной дотации будет стоить миллиарды. Новое федеральное правительство в Германии собирается ограничить стоимость, но ему придется учесть массированное сопротивление – и не только со стороны оппозиции.

Масштабы ввода фотогальванических энергетических сооружений продолжают удивлять. По данным этой отрасли число новых введенных в эксплуатацию установок в этом году значительно превысит прошлогодние показатели. Для потребителей энергии это означает дальнейшее ее удорожание.

Таким образом, на будущее правительство осуществляется давление с целью сократить компенсацию за применение солнечной энергии.

Согласно данным Федерального сетевого агентства только за период с начала этого года и до конца июля в эксплуатацию были введены солнечные батареи общей мощностью 812 мегаватт (МВт). Для Федерального союза солнечной энергетики эти исходные данные свидетельствуют о том, что в конце года производительность достигнет рекордного уровня «2000 МВт или около того». В прошлом году общая производительность фотогальванических энергетических установок составила 1650 МВт, а в 2007 году — 1150 МВт.

Солнечные энергетические установки продуцируют самый дорогой ток. Тот, кто подключится к сети еще в этом году, получит компенсацию, размер которой – в зависимости от типа установки – составляет 32-43 цента за киловатт-час. Величина компенсации с момента установки и на ближайшие 20 лет зафиксирована в письменном виде.

Для сравнения: энергия ветра, которая применяется в сельском хозяйстве, стоит всего 9 центов за киловатт-час. Актуальная цена тока, получаемого традиционным способом, на Европейской энергетической бирже в Лейпциге составляет 6 центов.

Разница между рыночной стоимостью традиционного тока и компенсацией за выработку экологически чистой энергии возлагается исключительно на потребителя. Только за 2008 год сумма этой компенсации достигла в общей сложности 9 миллиардов евро, при этом доля выплаты за солнечную энергию составила 2,2 млрд, а за энергию ветра — 3,6 млрд евро, хотя ветряки в Германии дают примерно 57% произведенного экологически чистого тока, а солнечные установки – всего 6,2%.

Несоответствие между затратами и доходами обнаружили и политики. Эта тема играет свою роль в неустойчивых отношениях между коалициями. Дальше всех в своих требованиях пошли представители Свободной демократической партии, которые выступают за значительные сокращения компенсации за применение солнечной энергии.

Этой же точки зрения придерживаются политики экономической сферы и области регулирования энергоснабжения Христианско-демократического союза. Но в ХДС есть также и те, кто интенсивно отстаивает солнечную энергию – в частности, Таня Гённер, министр экологии земли Баден-Вюртемберг, которая выступает также и как федеральный министр охраны окружающей среды.

Конечно, вряд ли кто-то в этой сфере верит, что никаких изменений не будет. Франк Асбек, глава компании солнечной энергетики «Solarworld», перед выборами в бундестаг согласился с тем, что потенциально выгодней сильней отойти от государственной компенсации, чем это было до сих пор прописано в Законе о возобновляемых источниках энергии. Обновленная редакция этого закона вступила в силу в начале 2009 года. Новый вариант компенсации будет действовать до 2013 года.

Установка фотогальванических энергетических установок стала сейчас более выгодна не только благодаря высокой компенсации: вследствие ухудшения конъюнктуры мирового рынка и, базируясь на новых ограничительных условиях значимых рынков сбыта, например, Испании, мировые цены на солнечные электростанции в этом году упали на 30%.

Тот, то кто приобретет сейчас такую установку, заплатит меньше, чем год назад – и получит, тем не менее, высокую компенсацию.

Экология энергетики

Белосельский Б. С.

Внедрение в энергетику более эффективных и экологически чистых технологий сегодня является одной из приоритетных задач. Связано это как с необходимостью всемерной экономии энергоресурсов, так и с защитой окружающей среды – проблемой, которая еще более обострится в связи с ожидаемым сокращением подачи природного газа на электростанции России и возрастанием потребления ими угля. Этим вопросам были посвящены доклады, представленные на 5-й секции Международной научно-практической конференции “Экология энергетики-2000”.

Планируемое сокращение подачи газового топлива на электростанции России в ближайшие годы вынуждает энергетиков начать широкомасштабную работу по замене природного газа углем и другими видами твердого топлива, внедрению новых технологий, в том числе связанных с использованием возобновляемых источников энергии. Рост потребления угля на ТЭС, особенно при традиционных методах его сжигания, неизбежно повлечет за собой негативные экологические последствия; переход к возобновляемым источникам энергии потребует больших первоначальных затрат, хотя, как полагают специалисты, они могут достаточно быстро окупиться. При такой альтернативе представляют интерес разработанные отечественной наукой и техникой малозатратные методы и технологии для энергетики, а также мировой опыт в этих вопросах.

Доклады, представленные на Конференции по указанной в заголовке статьи тематике, можно разделить на две группы:

§ посвященные технологиям получения, подготовки к сжиганию и собственно сжиганию топлив;

§ посвященные новым источникам энергии и методам ее преобразования.

О проблемах экологической безопасности при сжигании низкосортных топлив и утилизации горючих отходов в топках с кипящим слоем говорилось в докладе сотрудников Уральского государственного технического университета Б.В. Берга и др. Приведены экспериментальные зависимости концентрации оксидов азота в дымовых газах от температуры кипящего слоя и коэффициента избытка воздуха при сжигании нерюнгринского и кизеловского каменных углей. Установлено, что концентрация оксидов азота в дымовых газах возрастает с увеличением температуры кипящего слоя. В то же время присутствие серы в топливе заметно снижает выход оксидов азота, так как одновременно с их образованием они расходуются на доокисление оксидов серы:

2 NO + 2 SO2 = N2 + 2 SO3;

2 NO + SO2 = N2O + 2 SO3.

Использование технологии низкотемпературного кипящего слоя позволяет в значительной степени решить проблему снижения выбросов оксидов серы в атмосферу. Для этого в кипящий слой вводят соответствующие присадки (известняк или доломит), связывающие серу в сульфат по реакциям:

CaCO3 = CaO + CO2; CaO + SO2 + 0, 5 O2 = СaSO4.

Были рассмотрены возможности с помощью кипящего слоя подавить образование диоксинов. Средние выбросы диоксинов от тепловых электростанций, по данным авторов, составляют 2, 5 нг/м3, что в 2, 5 раза выше допустимых. Однако необходимо отметить, что по общим объемам выбросов диоксинов тепловые электростанции стоят на четвертом месте среди различных источников (устройств индивидуального отопления, старых мусоросжигательных установок и автотранспорта) и доля их составляет 0, 13% (без учета энергопредприятий, сжигающих различные отходы). По мнению авторов доклада, низкий уровень содержания диоксинов в продуктах сгорания можно получить при одноступенчатом сжигании топлива (и отходов) в топках с кипящим слоем, но для этого необходимо обеспечить такой режим, при котором увеличилось бы время пребывания продуктов горения в пределах слоя.

Об экологически чистой ТЭС с каталитическим сжиганием газового топлива шла речь в докладе А.И. Поливоды и др. (МЭИ, УТЕХ). В ЭНИН и в МЭИ выполнен большой объем научно-исследовательских работ, направленных на разработку экологически чистой каталитической теплоэлектростанции (КТЭС), обеспечивающей полное исключение выбросов вредных веществ в воздушный бассейн благодаря сжиганию топлива в присутствии катализатора. Применение катализаторов позволяет проводить беспламенное глубокое окисление топлива при температурах в реакторе в пределах 600-800 град. С.

Источники:
Экологическая энергия
Мир современной энергетики является основополагающим условием для развития
http://zeleneet.com/ekologiya-i-energetika/14876/
Экологическая энергия
Харьковская государственная академия дизайна и искусств Экологическая энергетика будущего Основой развития современной цивилизации является энергетика. От состояния энергетики зависит
http://www.rusnauka.com/2._SND_2007/Tecnic/19334.doc.htm
Экологически чистая энергия
Экологически чистая энергия из возобновляемых природных источников — это весьма перспективная тема для ведения рационального хозяйства. Солнечные электростанции
http://electro-shema.ru/energetika/ekologicheski-chistaya-energiya.html
Экология энергетики
Новые экологически чистые технологии в энергетике при использовании традиционных и возобновляемых источников энергии.
http://mirznanii.com/a/330852/ekologiya-energetiki

COMMENTS