Научно-исследовательская работа по географии «Электростанции - источник света и загрязнения»

Исследовательская работа

по географии

«Электростанции - источник света и загрязнения»

Содержание

Введение................................................................................................4стр.Глава 1.Эпоха открытий. Начальный период использования электричества........................................................................................5стр.

1.1. Кто придумал электричество?..................................................... 5стр.

1.2. Первые законы электротехники…...............................................6стр.

Глава 2. Этапы становления электрификации России......................7стр.

2.1. Да будет свет…..............................................................................7стр.

2.2. План ГОЭЛРО................................................................................8стр.

Глава 3. Электроэнергетика России: состав, типы электростанций, факторы и районы их размещения......................................................9стр.

3.1. Тепловые электростанции – «привет» из прошлого..................9стр.

3.2. ГЭС - укрощенная стихия...........................................................12стр.

3.3. АЭС - энергия будущего?...........................................................14стр.

Глава 4. Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России..........................................................................16стр.

4.1 Геотермальная энергия (тепло земли)........................................16стр.

4.2 Энергия Солнца.............................................................................16стр.

4.3 Энергия ветра................................................................................16стр.

4.4 Энергия воды.................................................................................17стр.

4.5 Перспективы развития альтернативной энергетики в России..18стр.

Глава 5. Влияние на окружающую среду.........................................19стр.

5.1Экология и электростанции..........................................................19стр.

5.2Исследование путем анкетирования............................................22стр.

Заключение..........................................................................................26стр.

Список литературы.............................................................................27стр.

Приложения.........................................................................................28стр.

Введение

АКТУАЛЬНОСТЬ: современную жизнь невозможно представить без электричества и тепла. Материальный комфорт, который окружает нас сегодня, как и дальнейшее развитие человеческой мысли накрепко связаны с изобретением электричества и использованием энергии. С древних времен люди нуждались в силе, точнее в двигателях, которые давали бы им силу большую человеческой, для того, чтобы строить дома, заниматься земледелием, осваивать новые территории.

Проблема : современная энергетика наносит значительные вред природе, значит ли это, что человечество должно полностью отказаться от электроэнергии, которую вырабатывают ГЭС, ТЭС, АЭС.

Гипотеза: альтернативные источники энергии могут снизить риски экологической катастрофы.

Цель: изучить по современным источникам информации состояние окружающей среды в районах действия ТЭС, АЭС, ГЭС.

Задачи: 1. Проследить историю зарождения электричества. Рассмотреть этапы становления электрификации в России.

2. Изучить состав, типы электростанций, факторы и районы размещения по территории России.

3. Проанализировать возможности применения в России альтернативных источников энергии.

4.Выявить влияние современной энергетики на окружающую среду.

5. Провести анкетирование на тему « Роль электростанций в жизни человека, их влияние на окружающую среду».

6. Наглядно систематизировать типы электростанций России.

Методы: - работа с различными источниками информации

- анкетирование

- систематизации и анализа данных

- наглядно- иллюстративный, математический

Объект исследования: Электростанции.

Предмет исследования: Экологическое состояние окружающей среды.

Глава 1. Эпоха открытий. Начальный период использования электричества

1.1. Кто придумал электричество?

Впервые явления, которые сегодня называют электрическими, были замечены в древнем Китае, Индии, а позднее в древней Греции. Древнегреческий философ Фалес Милетский в VI веке до нашей эры отмечал способность янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря – «электрон» – это явление стали называть электризацией. В самом деле, почему янтарь электризуется? Оказывается, при трении шерсти о янтарь на его поверхности появляется избыток электронов, и возникает отрицательный электрический заряд. Мы как бы «отбираем» электроны у атомов шерсти и переносим их па поверхность янтаря. Электрическое поле, созданное этими электронами, притягивает бумагу. Если вместо янтаря взять стекло, то здесь наблюдается другая картина. Натирая стекло шелком, мы «снимаем» о его поверхности электроны. В результате на стекле оказывается недостаток электронов, и оно заряжается положительно. Впоследствии, чтобы различать эти заряды, их стали условно обозначать знаками, дошедшими до наших дней, минус и плюс.(5)

Термин "электричество" ввел английский естествоиспытатель, Уильям Гилберт в трактате «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» в 1600 году. Ученый объяснял действие магнитного компаса, а также проводил некоторые опыты с наэлектризованными телами, а затем описывал их.

Уильям Гилберт Джеймс Уатт

В 1774 году Уатт Джеймс в результате ряда экспериментов создал уникальную паровую машину. Для обеспечения работы двигателя он применил центробежный регулятор, соединённый с заслонкой на выпускном паропроводе. Уатт детально исследовал работу пара в цилиндре, впервые сконструировав для этой цели индикатор.

В 1782 году Уатт получил английский патент на паровой двигатель с расширением. Он же ввёл первую единицу мощности — лошадиную силу (позднее его именем была названа другая единица мощности — ватт). Паровая машина Уатта благодаря экономичности получила широкое распространение и сыграла огромную роль в переходе к машинному производству.(6)

1.2. Первые законы электротехники

В начале XIX века опыты с электрическим током привлекали внимание ученых из разных стран. Французский ученый Андре Мари Ампер объяснил причину явления отклонения магнитной стрелки компаса под влиянием электрического тока, протекавшего по расположенному проводнику. Оказалось, ток способствует возникновению в проводнике магнитного поля. Также Ампер объединил два разобщенных ранее явления – электричество и магнетизм – одной теорией электромагнетизма и предложил рассматривать их как результат единого процесса природы.

Англичанин Майкл Фарадей предположил, что не только магнитное поле может воздействовать на магнит, но и наоборот – двигающийся магнит будет оказывать воздействие на проводник. Серия опытов подтвердила эту блестящую догадку – Фарадей добился того, что подвижное магнитное поле создало в проводнике электрический ток. Позже это открытие послужило основой для создания трех главных устройств электротехники – электрического генератора, электрического трансформатора и электрического двигателя.

У истоков освещения с помощью электричества стоял Василий Владимирович Петров. Исследуя световые явления, вызываемые электрическим током, он в 1802 году сделал свое знаменитое открытие – электрическую дугу, сопровождающуюся появлением яркого свечения и высокой температуры. Наблюдения и анализ русским ученым Василием Петровым свойств электрической дуги легли в основу создания электродуговых ламп, ламп накаливания и много другого. ( См. Приложение 1)

В 1875 году Павел Николаевич Яблочков создает электрическую свечу, состоящую из двух угольных стержней, расположенных вертикально и параллельно друг другу, между которыми проложена изоляция из каолина (глины). Чтобы горение было более продолжительным, на одном подсвечнике помещалось четыре свечи, которые горели последовательно. ( см. приложение 2)(5)

Глава 2. Этапы становления электрификации России

2.1. Да будет свет

В научно-техническом смысле на многих этапах истории Российская империя оказывалось наравне с ведущими на тот момент государствами. В частности, в тот момент, когда балом правила модернизация энергетики – всеобщая электрификация – именно на территории нынешнего СНГ внедрялись передовые технологии и осуществлялись самые дерзкие проекты.

Проекты электрификации в Российской империи прежде всего были связаны с транспортной инфраструктурой и телеграфной связью, а уже затем с бытовыми потребностями населённых пунктов – освещением, отоплением, работой предприятий.

Начавшаяся электрификация уличного освещения взяла на вооружения свечи Яблочкова – угольные дуговые лампы, каждой из которых хватало примерно на два часа службы. В 1878-м эти лампы были установлены для освещения Михайловского манежа и Большого театра в Петербурге, а затем ими стали заменять газовые и масляные светильники на площадях и крупных улицах. В апреле 1879 года впервые в России электрическими фонарями освещен мост Александра II (ныне Литейный мост) в Санкт-Петербурге. Свечи Яблочкова или лампы накаливания устанавливали в цехах фабрик и предприятий, в преуспевающих магазинах, в театрах и местах собраний. Из-за малого срока службы свечи Яблочкова популярности не обрели – их нельзя было дозаправить, а приобретение новых обходилось в немалые деньги.В 1876 году в России была сооружена первая электростанция на Сормовском машиностроительном заводе, который находился в Нижнем Новгороде.Первые электростанции Петербурга вначале размещались на баржах у причалов рек Мойки и Фонтанки. Мощность каждой станции составляла примерно 200 кВт. В Москве электрическое освещение впервые появилось в 1881 году, уже в 1883 году электрические светильники иллюминировали Кремль. Первая стационарная городская электростанция появилась в Москве в 1888 году. ( См. Приложение 3)(2)

2.2. План ГОЭЛРО

В России создавались электростанции в конце XIX и начале XX веков, однако, бурный рост электроэнергетики и теплоэнергетики начался в 20-е годы XX столетия после принятия по предложению В.И. Ленина плана ГОЭЛРО (Государственной электрификации России). План ГОЭЛРО должен был быть реализован в течении десяти-пятнадцати лет, а его результатом должно было стать создание «крупного индустриального хозяйства страны». В плане много уделялось проблеме использования местных энергетических ресурсов (торфа, воды рек, местного угля и др.) для производства электрической энергии.

8 октября 1922 года состоялся официальный пуск станции «Уткина заводь» - первой торфяной электростанции в Петрограде.В 1925 году запустили Шатурскую электростанцию на торфе, в тот же год на Каширской электростанции начали освоение новой технологии сжигания подмосковного угля в виде пыли. В 1926 году была пущена в эксплуатацию мощная Волховская ГЭС, энергия которой по линии электропередачи напряжением 110 кВ, протяженностью 130 км поступала в Ленинград.(1)

Однако построить станцию – это одно, а вот устроить подачу энергии от её генераторов к лампочкам и станкам – другое. 75 км от Москвы следовало каким-то образом преодолеть. На седьмом Всероссийском электротехническом съезде в 1913-м году инженеры договорились, что самый перспективный способ передачи энергии на большие расстояния – воздушные высоковольтные линии ЛЭП. Кабельный завод в Москве работал уже почти полвека, меди хватало, дерева для постройки опор – тоже. Имелись трансформаторы, как и теория, по которой можно было рассчитать оптимальный вольтаж для передачи и для потребления.

В отдалённых регионах хорошо обстояло дело с гидроэлектростанциями. Первая из них появилась на реке Березовка у Зыряновского рудника на Алтае. Её мощность составляла 150 кВт. В Петербурге, на реке Большая Охта, 300-киловаттная станция. ГЭС «Белый уголь», расположилась опять в глубинке, хотя и у курортных Ессентуков и Кисловодска – на реке Подкумок. На протяжённых речках насчитывались тысячи небольших электростанций. Ещё больше их стояло на горных речушках, вблизи рудничных предприятий. К 1917-му году суммарная мощность гидроэлектростанций России достигала 19 МВт. Самая крупная из них вырабатывала 1350 кВт электричества и находилась в Туркестане – эта Гиндукушская ГЭС работает до сих пор.(7)

Причины, почему в центральных регионах акцент делался на тепловых станциях, а на периферии – на ГЭС, довольно очевидны. Во-первых, изначально считалось, что равнинные, хоть и полноводные реки использовать для производства электроэнергии невыгодно. Во-вторых, в Москву и Петербург регулярно поставляли большое количество топлива, добытого в других государствах (важным поставщиком была Англия). А отдалённые населённые пункты рассчитывать на стабильное снабжение не могли. В то же время, обильные торфяные залежи в Подмосковье способствовали появлению небольших электростанций, находящихся в частном владении. В-третьих в 1909-м году более 85% электротехнических предприятий и компаний принадлежали не Российской империи. В-четвертых недостаточное развитие машиностроения в России. При строительстве Гиндукушской ГЭС использовались турбины австро-вергерского производства. Даже для крупнейших столичных электростанций турбины поставлялись из Европы и США.(1)

Одним из величайших достижений советского ГОЭЛРО традиционно называется Днепрогэс – мощная и технологически продвинутая электростанция.

По уровню производства электроэнергии в 1913-м году Россия находилась на четвёртом месте (2,5 млрд. кВт*ч) после США, Германии и Великобритании (26, 8, 3 млрд. кВт*ч соответственно). За период с 1888 по 1914-й год количество электростанций городского значения выросло с одной до ста тридцати, а их суммарная мощность – с 505 до 150000 кВт. Но вот потребление её на душу населения было одним из самых низких, по крайней мере, среди стран Евразии и Америки. Электроснабжение предназначалось для общественных учреждений, улиц, площадей и заводов, но не для среднестатистического горожанина и тем более не для обычного крестьянина. Тем более что почти все станции работали на привозном либо низкокалорийном топливе, и производили постоянный ток, который в кабелях ЛЭП быстро затухал. (3)

Глава 3. Электроэнергетика России: состав, типы электростанций, факторы и районы их размещения

Не зря говорят: «Энергетика – хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие – «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря – о богатстве любого государства.

Электроэнергетика – одна из базовых отраслей экономики России, обеспечивающая предприятия, и население электрической энергией.Существуют следующие типы электростанций: тепловые (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), гидроаккумулятивные (ГаЭС), атомные (АЭС).(7)

3.1. Тепловые электростанции – «привет» из прошлого

В начале 20 века в нашей стране ставку сделали именно на тепловые электростанции. На тот момент плюсов у них было достаточно, а о влиянии такого вида производства энергии на окружающую среду задумывались мало. ТЭС- тепловые, вырабатывают электрическую энергию.ТЭС работают на дешевом топливе, которым богата Россия: уголь, газ, мазут, торф, да и их сооружение стоит не так дорого по сравнению со строительством ГЭС или АЭС. ТЭС не требуют больших площадей и их можно строить в любой местности. Последствия технологических аварий на тепловых станциях не так разрушительны, как на других электростанциях.(см. приложение 4)

Типы ТЭС:1.Конденсационные электростанции (КЭС)- производят только электроэнергию (отработанный в турбинах пар конденсируется обратно в воду и снова поступает в систему). 2.Теплоэлектроцентрали(ТЭС) - производят электроэнергию и тепло( нагретая вода идет к потребителям в жилые дома и на предприятия); размещаются вблизи крупных городов или в самих городах, так как дальность передачи горячей воды не превышает 15-20 км( потом вода остывает).Особым типом тепловых станций является теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), на которой помимо электрической энергии получают еще и тепло, расстояние передачи тепла не более 20-30 км. ТЭЦ размещают рядом с крупными городами.

ТЭС размещают или в районах добычи топлива, или рядом с крупными нефтеперерабатывающими заводами, на которых получают мазут, или в районах потребления большого количества электроэнергии.

По характеру обслуживания потребителей ТЭС подразделяются на два вида:1.Районные ГРЭС - государственные районные электростанции. ГРЭС является сложным энергетическим комплексом, состоящим из зданий, сооружений, энергетического и иного оборудования, трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и автоматики. Основными системами ГРЭС являются: котельная установка, паротурбинная установка, топливное хозяйство, система золо- и шлакоудаления, очистки дымовых газов, электрическая часть, техническое водоснабжение (для отвода избыточного тепла), система химической очистки и подготовки воды.2.Центральные ГРЭС - располагаются вблизи потребителя, в размещении ориентируются на потребительский фактор.

Самые крупные тепловые ГРЭС в России:

1. Сургутская ГРЭС-2 — 5597 МВт 5. Каноковская ГРЭС

2. Рефтинская ГРЭС — 3800 МВт 6.Ириклинская ГРЭС

3. Костромская ГРЭС — 3600 МВт 7.Берёзовская ГРЭС

4. Сургутская ГРЭС-1 — 3268 МВт 8.Заинская ГРЭС

Доля ТЭС в отечественной энергосистеме самая большая: в 2011 году на тепловых станциях России было выработано 67,8% (это 691 млрд. кВт*ч) от всей энергии в стране.

Преимущества ТЭС: быстро строят, и строительство обходится дешевле, чем строительство ГЭС и АЭС; возможность работы на разных видах топлива; способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний; КПД- 33%.

Недостатки ТЭС: работают на невозабновимых ресурсах; много твердых и газообразных отходов(самые чистые на природном газе); режим работы меняется медленно (для разогрева котла необходимо 2-3 суток) высокая себестоимость, так как для эксплуатации станции, добычи и транспортировки топлива требуется много людей.(1)

3.2. ГЭС - укрощенная стихия.

Укрощать водную стихию начали еще в конце 19 века, а масштабная стройка ГЭС по всей стране совпала с развитием промышленности и освоением новых территорий. Строительство ГЭС не только решало вопрос обеспечения электроэнергией новых производств, но и улучшало условия судоходства и мелиорации. Основная часть ГЭС- плотина, создающая разницу уровней воды и обеспечивающая ее падение на лопасти генерирующих электрический ток турбин.( см. приложение 5)

ГЭС - гидроэлектростанция на равнинных и горных реках. ГАЭС - гидроаккумулирующая (гидравлическая) станция.

Маневренные возможности ГЭС помогают оптимизировать работу энергосистемы, позволяя тепловым электростанциям работать в оптимальном режиме с минимальными затратами топлива и минимальными выбросами на каждый произведенный киловатт-час электроэнергии.

ГЭС строят на крупных полноводных реках с большим гидроэнергетическим потенциалом. Это Братская и Усть-Илимская ГЭС на Ангаре и Саяно-Шушенская и Красноярская ГЭС на Енисее. Больше всего ГЭС на Волге, где строили их строили каскадами, создавая водохранилища.

Самые крупные ГЭС России:

1.Саяно- Шушенская (6400 МВт);

2.Красноярская (6000 МВт);

3.Иркутская ;

4.Волгоградская;

5.Братская;

6.Бурейская;

7.Загорская ГАЭС.

При возрастающей неравномерности суточного потребления электроэнергии все большую роль начинают играть самые маневренные источники электроэнергии - ГАЭС. Работа ГАЭС основана на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами, расположенными на разных высотных уровнях. При пиковых нагрузках вода проходит из верхнего бассейна в нижний через турбины, при этом генерируется электроэнергия, тут же поступающая в энергосистему. В периоды падения нагрузок станция, наоборот, потребляет электроэнергию, для того чтобы с помощью насосов переместить объем воды из нижнего бассейна в верхний. Тем самым происходит аккумуляция энергоресурсов для следующего пикового этапа. ГАЭС особенно эффективны при крупных потребителях электроэнергии, поэтому их часто размещают у больших городов. Крупнейшая ГАЭС России- Загорская в Сергиево- Посадском районе Московской области.

При строительстве обычных ГЭС теперь все чаще отдают приоритет станциям малой мощности и ГЭС с низким напором воды. Малонапорные ГЭС, как правило, располагаются на водоочистных станциях и оросительных каналах. Малые ГЭС обычного типа широко используются в альпийских районах Франции и в Китае. В России такое строительство только начинается. Так, в Сочи, недалеко от села Красная Поляна, началось строительство малой ГЭС на реке Бешенка мощностью 1,5 тыс. кВт. В окрестностях города намечено построить таких ГЭС несколько десятков. Каскад из таких ГЭС позволит сделать энергоснабжение приморского города более устойчивым. В Оренбурге выпущен первый образец бесплотинной всесезонной ГЭС, которая может применяться на реках глубиной от 0,5 до 2,8 м. Главное достоинство этой ГЭС - отсутствие плотины и водохранилища, которые приводят к нарушению экологического равновесия.

На долю ГЭС приходится небольшая часть производимой энергии- 18%. Выработка 1 кВт/часа электроэнергии на ГЭС обходится дешевле по сравнению с ТЭС и АЭС, хотя само строительство ГЭС обходится дороже, чем строительство АЭС и ТЭС.

Преимущества ГЭС: высокий КПД- 92-94%; экономичны, простота управления; обслуживает сравнительно немногочисленный персонал; маневренны при изменении нагрузки выработки электроэнергии; длительный срок эксплуатации (до 100 и более лет); низкая себестоимость электроэнергии;
ГЭС- комплексное гидротехническое сооружение; регулирует стоки; плотина используется для транспортных связей между берегами;- около них образуются промышленные центры (Тольятти, Набережные Челны, Балаково); процесс выработки электроэнергии не сопровождается загрязнением окружающей среды.

Недостатки ГЭС: длительное и дорогое строительство (15-20 лет); строительство сопровождается затоплением огромных площадей плодородных земель. В зоне затопления оказываются сотни деревень и даже городов; водохранилища изменяют речной сток, климат; вода в водохранилищах быстро загрязняется, так как идет накопление отходов. Прошедшая через турбину вода становится «мертвой», поскольку в ней погибают микроорганизмы;(1)

3.3. АЭС - энергия будущего?

На АЭС используется в высшей степени концентрированное и транспортабельное топливо - урановые тепловыделяющие элементы. При расходе 1 кг . урана выделяется теплота, эквивалентная сжиганию 2,5 тыс. тонн угля лучших марок. Эта характерная особенность исключает зависимость АЭС от топливного фактора и обеспечивает наибольшую манёвренность размещения. Атомные электростанции ориентированы на потребителей, расположенных в районах с напряжённым топливно-энергетическим балансом или там, где выявленные ресурсы минерального топлива и гидроэнергии ограничены.

В России действуют 10 АЭС, расположенных в 10 субъектах Федерации. Большинство АЭС размещены в городах, возникших при строительстве самих этих электростанций. Для АЭС необходимы источники воды, поэтому электростанции расположены при природных или искусственных водотоках и водоемах ( см. приложение 6).

В России АЭС сконцентрированы в основном в Центральной России, где нет крупных рек и значительных топливных ресурсов. АЭС есть на Урале и на Чукотке (крупнейшее месторождение в Читинской области).

В отечественной энергосистеме на долю АЭС приходится небольшая часть производимой энергии. В 2011 году на АЭС страны произвели 172,9 млрд. кВт*ч , что составляет всего 16,9%.

Атомные электростанции России

Название

Размещение

Число энергоблоков

Установленная

мощность

Выработка электроэнергии

Год ввода в эксплуатацию

1

Балаковская

г.Балаково,

Саратовская обл.

4

3800

28 770

1968

2

Ленинградская АЭС

г. Сосновый

Бор, Ленинградская обл.

4

3700

25428

1974

3

Курская АЭС

г. Курчатов,

Курская обл.

4

3700

23290

1977

4

Смоленская АЭС

г. Десногорск,

Смоленская обл.

3

2775

21935

1983

5

Калининская АЭС

г. Удомля,

Тверская обл.

3

1900

15172

1985

6

Нововоронежская АЭС

г. Нововоронеж,

Воронежская обл.

3

1720

12666

1964

7

Кольская АЭС

г. Полярные Зори,

Мурманск

4

1644

9919

1973

Преимущества АЭС: на 20-30 тонн ядерного топлива АЭС работает несколько лет; в высшей степени концентрированное и транспортабельное топливо; маневренность; размещение (там, где нужна электроэнергия, но нет других источников сырья); КПД- 80%; дешевая электроэнергия; сравнительно небольшие затраты при строительстве; работа станции не приводит к усилению парникового эффекта; процесс выработки электроэнергии не сопровождается загрязнением окружающей среды.

Недостатки АЭС: АЭС таят в себе большой разрушительный потенциал. Существенные коррективы в планы развития атомной энергетики в России, да и во всем мире, внесла чернобыльская катастрофа. По оценке специалистов, взрыв на Чернобыльской АЭС эквивалентен по силе взрыву 300 таких атомных бомб, какая была сброшена в Хиросиму. Радиоактивные осадки в результате этой катастрофы достигли Гренландии на северо- западе, Персидского залива и Саудовской Аравии на юго-востоке, р. Рейн на западе, в северо- восточном направлении дошли почти до Москвы. На территории России от Чернобыля пострадали 15 областей и республик.Чернобыльская катастрофа не только причинила огромный экономический и экологический ущерб, но и подорвала доверие к атомной энергетике. Она вызвала почти единодушное отрицание ее полезности. Однако, по мнению многих ученых, в ближайшие 30-50 лет серьезной альтернативы атомной энергетике нет.

Большинство электростанций связаны между собой линиями электропередач (ЛЭП) в единую энергетическую систему, сформированную для рационального использования мощностей электростанций разных типов.

В целом по России электроэнергии вырабатывается больше, чем нужно для потребления. Но существуют и энергодефицитные регионы, такие как Дальний Восток (Приморский край), Москва и др. Часть электроэнергии экспортируется в Европу и в СНГ, часть электроэнергии Россия получает из соседнего Казахстана. (1)

Глава 4. Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России

В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.

 Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

4.1 Геотермальная энергия (тепло земли)

Геотермальная теплота- самый крупный источник энергии. Это энергия в чистом виде, для её получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы.

В некоторых районах природа доставляет геотермальную энергию к поверхности в виде пара или перегретой воды, вскипающей и переходящей в пар при выходе на поверхность. Природный пар можно использовать для производства электроэнергии. Геотермальными водами из источников и скважин можно обогревать жилища и теплицы

С 60-х годов на Камчатке успешно работает полностью автоматизированная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, на Курилах — станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнергию, а на Камчатке и Курилах она очень высока в силу дальности перевозок топлива и отсутствия железных дорог.

Сегодня мы не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии, хотя «стоимость топлива» электростанции является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции невелика, так как не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов.(3)

4.2 Энергия Солнца

Каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природных условиях за 2 млн. лет. Гигантские темпы потребления не возобновляемых энергоресурсов по относительно низкой цене, означают жизнь в займы, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по такой низкой цене.

Количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. Одной из наиболее перспективных технологий солнечной энергетики является создание фотоэлектрических станций с солнечными элементами на основе кремния, которые преобразуют в электрическую энергию прямую и рассеянную составляющие солнечной радиации с КПД 12-15%. В России наибольший теоретический потенциал, более 2000 млрд. тонн условного топлива (т .у. т.), имеет солнечная энергия. Несмотря на такой большой потенциал в новой энергетической программе России вклад возобновляемых источников энергии на 2013 г определен в очень малом объеме – 17-21 млн. т у .т. Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическое использование-дело отдаленного будущего (после 2020г).Энергосберегающие технологии для солнечного дома являются наиболее приемлемыми по экономической эффективности их использования. В качестве примера успешного применения этих технологий можно отметить проект «2000 солнечных крыш» в Германии. В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов.(4)

4.3 Энергия ветра

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумывался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.

Энергия ветра очень велика. Ее запасы по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн кВт/ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломают ветряки.

Первый электрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок. 

Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую.

В США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше. Ветряные электростанции строят на вершинах холмов и возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30-60 метров. Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Сейчас в мире работает более 30 тыс. ветроустановок различной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии

Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция должна занимать большую площадь. Они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.(3)

4.4 Энергия воды

Приливная электростанция (ПЭС)- особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса( для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС).

В 1968 г. недалеко от Мурманска, вступила в строй опытно-промышленная ПЭС проектной мощностью 800 кВт.

Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения недавно созданной трубы Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на их строительство. Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производственной энергии. Недостатками - высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.(5)

4.5 Перспективы развития альтернативной энергетики в России

Доля традиционной топливной энергетики в мировом энергобалансе будет непрерывно сокращаться, а на смену придет нетрадиционная — альтернативная энергетика, основанная на использовании возобновляемых источников энергии. И от того, с какими темпами это произойдет в конкретной стране, зависит не только ее экономическое благополучие, но и ее независимость, ее национальная безопасность.

В отношении ресурсов ветровой энергии в России наиболее перспективны такие районы, как Побережье Северного Ледовитого океана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье Финского залива, Черного и Каспийского морей. Высокие среднегодовые скорости ветра, малая обеспеченность централизованными электросетями и обилие неиспользуемых в хозяйстве площадей делает эти местности практически идеальными для развития ветровой энергетики.

Имеются интересные отечественные разработки в области развития солнечной энергии, но нет никакой поддержки со стороны государства и, следовательно, нет рынка фотоэнергетики. Однако объем выпуска солнечных батарей исчисляется мегаваттами. В 2006г. было произведено около 400 МВт. Больший интерес к продукции различных научно-производственных объединений, выпускающих фотоэлементы, проявляют покупатели из-за рубежа, для россиян они все еще дороги; в частности, потому что сырье для производства кристаллических пленочных элементов приходится ввозить из-за рубежа. Наиболее благоприятные районы для использования солнечной энергии в России — это Северный Кавказ, Ставропольский и Краснодарский края, Астраханская область, Калмыкия, Тува, Бурятия, Читинская область, Дальний Восток.

Ещё в 1967г. на Камчатке была построена Паужетская ГеоТЭС мощностью 11,5МВт. Она была пятой ГеоТЭС в мире. В 1967г. была введена в действие Паратунская ГеоТЭС — первая в мире с бинарным циклом Ренкина. В настоящее время строится Мутновская ГеоТЭС мощностью 200МВт с использованием отечественного оборудования, изготовленного Калужским турбинным заводом. Этот завод приступил также к серийному выпуску модульных блоков для геотермального электро – и теплоснабжения. С использованием таких блоков Камчатка и Сахалин могут быть практически полностью обеспечены электроэнергией и теплом от геотермальных источников. Геотермальные источники с достаточно большим энергетическим потенциалом имеются в Ставропольском и Краснодарском краях. 

Что мешает наладить их индустриальное освоение? Неочищенную отработанную воду, содержащую ряд опасных веществ (ртуть, мышьяк, фенолы, серу и т.п.) сбрасывают в окружающие водоемы, нанося непоправимый вред природе. Все трубопроводы геотермальных систем отопления быстро выходят из строя из-за высокой минерализации геотермальных вод. Поэтому требуется коренной пересмотр технологии использования геотермальной энергии.

О дальнейшем развитии альтернативной энергетики говорится в «Энергетической стратегии России на период до 2020 года». Цифры, которых должна достичь наша альтернативная энергетика, очень низки, задачи минимальны, поэтому перелома в российской энергетике ждать не приходится. За счет альтернативной энергетики к 2020 году планируется экономить меньше 1% всех топливных ресурсов. Приоритетом своей «энергетической стратегии» Россия выбирает атомную промышленность как «важнейшую часть энергетики страны».(7)

Глава 5. Влияние на окружающую среду

5.1Экология и электростанции

Существует мнение о том, что современная цивилизация живёт в мире, состоящих из трёх видов «Э»: экономики, электроэнергии и экологии. Причём первые два «Э» почему-то окружающих заботят куда больше, чем существующие проблемы экологии. Развитая энергетика – это фундамент для будущего прогресса цивилизации. Если на заре мировой и отечественной энергетической отрасли ставку делали на получение максимума электроэнергии для промышленности, то сегодня на первый план вышел вопрос о влиянии электростанций на окружающую среду и человека. Современная энергетика наносит значимый вред природе. Это совершенно не означает, что человечество должно полностью отказаться от электроэнергии, которую, как известно, вырабатывают ГЭС, ТЭС и АЭС. Другое дело, что следует внимательнее отнестись к негативному влиянию, оказываемому этими станциями на окружающую среду. Несомненно, каждая из электростанций нужна людям, потому, так как обеспечивают целые города, сёла и страны необходимой для нормальной жизнедеятельности жителей планеты Земля электроэнергией. Но, несмотря на все свои «плюсы» ежедневная эксплуатация электростанций оказывает непоправимый вред экологии планеты.(4)

Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Основными энергетическими ресурсами в мире являются уголь (40%), нефть (27%) и газ (21%) и по некоторым оценкам, при нынешних темпах потребления мировых запасов хватит на 270, 50, 70 лет соответственно. Многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток, поэтому стоимость ископаемого топлива растет.

Ежегодно тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу огромное количество отходов. Только за 2010 год 4 ГРЭС– Рефтинская, Среднеуральская, Невинномысская и Конаковская ГРЭС – выбросили в атмосферу 410 360 тонн загрязняющих веществ.

При сжигании ископаемого топлива образуются продукты сгорания, содержащие оксид азота, серный и сернистый ангидрид, частички несгоревшего пылевидного топлива, летучую золу и газообразные продукты неполного сгорания. При сжигании мазута образуются соединения ванадия, кокс, соли натрия, частицы сажи, а в выбросах угольных ТЭС присутствуют окислы алюминия и кремния. И все тепловые электростанции, независимо от используемого топлива, выбрасывают колоссальные количества углекислого газа, вызывающего глобальное потепление, осадки в виде кислотных дождей, парниковый эффект и разрушение озоновой оболочки земли.

Газ значительно удорожает стоимость электроэнергии, но при его сжигании не образуется зола. Но, в атмосферу попадают окись серы и оксиды азота, как и при сжигании мазута. Главная проблема угольных ТЭС – это золоотвалы. Они являются очагами скопления тяжелых металлов и обладают повышенной радиоактивностью.

ТЭС сбрасывают в водоемы теплую воду, чем нарушают кислородный баланс. Загрязняют водоемы и сточные производственные вода ТЭС, которые содержат нефтепродукты.

Вода – это возобновляемый источник электроэнергии и в отличие от ископаемого топлива, ее можно использовать несчитанное количество раз. Гидроэнергетика – самый развитый вид возобновляемых источников энергии, она способна обеспечивать энергией целые регионы.

ГЭС наносит меньший ущерб окружающий среде: не используют топливо, вырабатываемая ими электроэнергия стоит дешевле, ее стоимость не зависит от колебаний цен на нефть или уголь, а производство энергии не сопровождается загрязнением атмосферы. В то же время ГЭС имеет и ряд недостатков с точки зрения экологии. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены каскады ГЭС,- резко меняется количество воды.

Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. Атомные станции, несмотря на высокую стоимость строительства, экономически выгодны: производимая ими электроэнергия относительно дешевая. Да и с точки экологии у АЭС есть ряд преимуществ. АЭС не выбрасывают в атмосферу золу и другие опасные вещества, образующиеся в результате сжигания топлива. Запасов ядерного топлива – урана – значительно больше, чем других видов топлива. Россия обладает 8,9% от разведанных резервов урана в мире, находясь в общем списке на четвёртом месте.

Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой, безопасной и экологически чистой энергией. Такие страны как Германия, Швейцария, Италия, Япония и ряд других отказались от атомной энергетики. В Германии доля АЭС в энергосистеме – 32%, но к 2022 году будет отключена последняя станция в стране. Главная причина – это безопасность АЭС для окружающей среды и населения. Мирный атом в одно мгновение может стать виновником гибели и тяжелых болезней миллионов людей и животных, и нанести непоправимый ущерб окружающей среде.

При эксплуатации ядерных реакторов образуются радиоактивные отходы, которые необходимо хранить сотни тысяч лет, пока они не станут более-менее безопасными для окружающей среды. И в мире еще не найдено решение, как сделать их хранение безопасным.

На исправно работающих АЭС часть радиоактивного материала попадает в воздух и воду. И пусть это небольшие дозы, но какое влияние они окажут на окружающую среду в долгосрочной перспективе, предугадать сложно.(7)

5.2Исследование путем анкетирования

Мы провели опрос среди учащихся девятых, десятых, одиннадцатых классов. В анкете было 5 вопросов. (см. приложение 10)

После проведения данного опроса мы подвели итоги, которые позже были переведены в диаграммы.

Как вы думаете, какой вид электростанции самый экологичный?

Как вы считаете, какое влияние оказывают электростанции на окружающую среду?

Человек получает от электростанции больше пользы или вреда?

Назовите 3 сферу

На пятый вопрос все ученики ответили, что роль электростанций в жизни человека очень велика. Так как современную жизнь тяжело представить без электричества. Все современные технологии зависимы от электроэнергии.

Прогресс не стоит на месте и сложно точно сказать, какой будет энергетика будущего. Но надо понимать, что энергетика, равно как и любая другая деятельность человека, оказывает в определенной мере негативное влияние на окружающую среду. И избежать его полностью, к сожалению, невозможно. Но вполне реально приложить все усилия, чтобы минимизировать ущерб, наносимый природе. Выбирать те технологии (пусть и дорогостоящие), которые наиболее безопасны для окружающей среды.

Снизить риски экологической катастрофы, развивая альтернативную энергетику помогут следующие направления:

- Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;

- Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут;

- Социальный : численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса.

- Эволюционно-исторический : в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, существующая традиционная энергетика представляется тупиковой. Ее применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата . Для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.(7)

Заключение

В нашей работе мы:

1. Проследили историю зарождения электричества. Рассмотрели этапы становления электрификации в России.

2. Изучили состав, типы электростанций, факторы и районы размещения по территории России.

3. Проанализировали возможности применения в России альтернативных источников энергии.

4.Выявили влияние современной энергетики на окружающую среду.

5. Провели анкетирование на тему « Роль электростанций в жизни человека, их влияние на окружающую среду».

6. Наглядно систематизировали типы электростанций России.

Наше исследование показало, что источники электроэнергии, а именно: АЭС, ТЭС и ГЭС, негативно влияют на окружающую среду. И вскоре могут полностью разрушить экологию человечества.

Исследуя разные типы электростанций, мы поняли, что альтернативные источники энергии могут предотвратить экологическую катастрофу. Строительство этих источников вполне возможно, так как наш планета обладает всеми необходимыми материалами. В России, геотермальные электростанции могут быть построены на Камчатке. В горах Кавказа могут располагаться солнечные батареи. В степных районах страны ветровые фермы.

Список Литературы

1)География. Методическое пособие. О. В. Антушева. Издательство «Учитель»,2011

2) Лаврус В.С. «Источники энергии» К: НиТ,1997

3) Э. Берман. «Геотермальная энергия – Москва» Мир,1978г.

4)Л. С. Юдасин. «Энергетика: проблемы и надежды» М: ЮНИТИ. 1999.

5) http://www.energo-diesel.ru/page_34.html

6) http://www.usgu.gov

7) 03-ts.ru.

,

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Приложение 9

1. Как Вы думаете, какой вид электростанций самый экологичный?

А) Тепловые электростанции

Б) Атомные электростанции

В) Гидравлические электростанции

2. Как Вы считаете, какое влияние оказывают электростанции на окружающую среду?

А) Положительное

Б) Нейтральное

В) отрицательное

3. Человек получает от электростанций больше

А) пользы

Б) вреда

4. Современная цивилизация живет в 3 сферах, которые начинаются на букву «Э», это:

1) Экология

2) Экономика

3)………..

Назовите третью сферу.

5. Какова роль электростанций в жизни человека

Приложение 10

Краткое описание документа:

Современную жизнь невозможно представить без электричества и тепла. Материальный комфорт, который окружает нас сегодня, как и дальнейшее развитие человеческой мысли накрепко связаны с изобретением электричества и использованием энергии. С древних времен люди нуждались в силе, точнее в двигателях, которые давали бы им силу большую человеческой, для того, чтобы строить дома, заниматься земледелием, осваивать новые территории.