Проект на тему: «Энергетическая проблема и основные пути ее решения»

«Энергетическая проблема и основные пути ее решения»        Представленный проект рассматривает одну из актуальных проблем всего человечест-ва - «глобальную энергетическую проблему», - проблему обеспечения человечества топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем. «Глобальная проблема»  Возникла в энергетическом кризисе нехватки энергоресурсов, которая выразилась в резком повышении цены на нефть (в 14,5 раза в 1972-1981 гг.), что создало серьезные трудности для мировой экономики. Хотя, конечно, многие затруднения того времени были прео-долены, но глобальная проблема обеспечения топливом и энергией все-таки сохраняет свое значение и в наши дни.       Изучив материалы и статьи из многих источников, я задумался над тем, что стало же стало причиной возникновения этой проблемы, и как можно решить эту проблему? Это и стало целью моего проекта. Я поставил перед собой задачи, которые надо изучить, а имен-но:       Изучить карту крупнейших электростанций (изображенной на рис. 1);       Рассмотреть основные источники электрической энергии;       Изучить географию месторасположения огромных нефтегазовых месторождений;       Рассмотреть преимущества и недостатки различных электростанций;       Сделать выводы и найти оптимальное решение этой проблемы. Рисунок 1 – Карта крупнейших электростанций.            Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы я считаю быстрый рост потребления минерального топлива в XX в. Со стороны предложения он вызван открытием и эксплуатацией огромных нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе Северною моря, а со стороны спроса — увеличением автомобильного парка и ростом объема производства полимерных материалов. Наращивание добычи топливно-энергетических ресурсов повлекло за собой серьезное ухудшение экологической ситуации (расширение открытой добычи полезных ископаемых, добыча на шельфе и др.). А рост спроса на эти ресурсы усилил конкуренцию как стран — экспортеров топливных ресурсов за лучшие условия продажи, так и между странами-импортерами за доступ к энергетическим ресурсам. Тепловые электростанции Ø  Тепловые (паротурбинные) электростанции, преобразующие тепловую энергию сгорания топлива в электрическую энергию работают на органическом топливе – мазут, уголь, торф, газ, сланцы. Размещаются ТЭС, главным образом, в том регионе, где присутствуют природные ресурсы и вблизи крупных нефтеперерабатывающих предприятий (рис. 2).  Рисунок 2 – Тепловая электростанция Рассмотрим основные преимущества и недостатки таких электростанций. Преимущества: 1. Используемое топливо достаточно дешево.  2. Требуют меньших капиталовложений по сравнению с другими электростанциями.  3. Могут быть построены в любом месте независимо от наличия топлива. Топливо может транспортироваться к месту расположения электростанции железнодорожным или автомобильным транспортом.  4. Занимают меньшую площадь по сравнению с гидроэлектростанциями.  5. Стоимость выработки электроэнергии меньше, чем у дизельных электростанций. Недостатки: 1. Загрязняют атмосферу, выбрасывая в воздух большое количество дыма и копоти.  2. Более высокие эксплуатационные расходы по сравнению с гидроэлектростанциями. Коэффициент полезного действия тепловой электростанции составляет примерно 25% Гидроэлектростанции. Возводятся в местах, где большие реки перекрываются плотиной, и благодаря энергии падающей воды вращаются турбины электрогенератора. Получение электроэнергии таким методом считается самым экологичным за счет того, что не происходит сжигание различных видов топлива, следовательно, отсутствуют вредные отходы.           Большое внимание уделяется в нашей стране сооружению - гидроэлектростанции. Наличие крупных рек создает благоприятные условия для сооружения мощных гидроэлектростанций. Гидроэнергетические ресурсы нашей страны составляют 420 млн кВт. Рисунок 3 -  Гидроэлектростанция Самая новая ГЭС в России - это Богучанская ГЭС, построенная в 2010 году. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа. Преимущества: 1. Использование возобновляемой энергии. 2. Очень дешевая электроэнергия. 3. Работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. 4. Быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции. Недостатки: 1. Затопление пахотных земель. 2. Строительство ведется только там, где есть большие запасы энергии воды на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов. 3. Сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей. 4. Снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сок-ращение потока биогенных веществ в океаны. Атомные электростанции.          Другим видом электростанции является Атомная электроста́нция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых сис-тем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками. Рисунок 4 – Атомная электростанция. Преимущества: 1. Практическая независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого топлива, например, 54 тепловыделяющих сборки общей массой 41 тонна на один энергоблок с реактором ВВЭР-1000 в 1—1,5 года (для сравнения, одна только Троицкая ГРЭС мощностью 2000 МВт сжигает за сутки два железнодорожных состава угля). 2. Расходы на перевозку ядерного топлива, в отличие от традиционного, ничтожны. В России это особенно важно в европейской части, так как доставка угля из Сибири слишком дорога. 3. Относительная экологическая чистота. На ТЭС суммарные годовые выбросы вредных веществ, в которые входят сернистый газ, оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды, альдегиды и золовая пыль, на 1000  МВт установленной мощности составляют от примерно 13 000 тонн в год на газовых и до 165 000 тонн на пылеугольных ТЭС. Подобные выбросы на АЭС полностью отсутст-вуют. ТЭС мощностью 1000 МВт потребляет 8 миллионов тонн кислорода в год для окисления топлива, АЭС же не потребляют кислорода вообще. Кроме того, больший удельный (на единицу произведенной электроэнергии) выброс радиоактивных веществ даёт угольная станция. В угле всегда содержатся природные радиоактивные вещества, при сжигании угля они практически полностью попадают во внешнюю среду. При этом удельная активность выбросов ТЭС в несколько раз выше, чем для АЭС. Единственный фактор, в котором АЭС уступают в экологическом плане традиционным КЭС  — тепловое загрязнение, вызванное большими расходами технической воды для охлаждения конденсаторов турбин, которое у АЭС несколько выше из-за более низкого КПД (не более 35 %), однако этот фактор важен для водных экосистем, а современные АЭС в основном имеют собственные искусственно созданные водохранилища-охладители или вовсе охлаждаются градирнями. Также некоторые АЭС отводят часть тепла на нужды отопления и  горячего водоснабжения городов, что снижает непродуктивные тепловые потери, существуют действующие и перспективные проекты по использованию «лишнего» тепла в энергобиологических комплексах (рыбоводство, выращивание устриц, обогрев теплиц и пр.). Кроме того, в перспективе возможно осуществление проектов комбинирования АЭС с ГТУ, в том числе в качестве «надстроек» на существующих АЭС, которые могут позволить добиться аналогичного с тепловыми станциями КПД. 3. Для большинства стран, в том числе и России, производство электроэнергии на АЭС не дороже, чем на пылеугольных и тем более газомазутных ТЭС. Особенно заметно преимущество АЭС в стоимости производимой электроэнергии во время так называемых  энергетических кризисов, начавшихся с начала 70-х годов. Падение цен на нефть автоматически снижает конкурентоспособность АЭС. 4. Затраты на строительство АЭС по оценкам, составленным на основе реализованных в 2000-х годах проектов, ориентировочно равны 2300 $ за кВт электрической мощности, эта цифра может снижаться при массовости строительства (для ТЭС на угле 1200 $, на газе — 950 $). Прогнозы на стоимость проектов, осуществляемых в настоящее время, схо-дятся на цифре 2000 $ за кВт (на 35 % выше, чем для угольных, на 45 % — газовых ТЭС). Недостатки: 1. Тяжелые последствия аварий, для исключения которых АЭС оборудуются сложнейшими системами безопасности с многократными запасами и резервированием, обеспечивающими исключение расплавления активной зоны даже в случае максимальной проектной аварии (местный полный поперечный разрыв трубопровода циркуляционного контура реактора). 2. Серьёзной проблемой для АЭС является их ликвидация после выработки ресурса, по оценкам она может составить до 20 % от стоимости их строительства. 3. По ряду технических причин для АЭС крайне нежелательна работа в манёвренных режимах, то есть покрытие переменной части графика электрической нагрузки Нетрадиционные источники энергии. К ним относятся ветер, солнце, тепло земных турбин и океанические приливы. В последнее время их все чаще используют как нетрадиционные дополнительные источники энергии. Ученые утверждают, что к 2050 году нетрадиционные энергоисточники станут основными, а обычные потеряют свое значение. Энергия солнца. Есть несколько способов ее применения. Во время физического метода получения энергии солнца применяются гальванические батареи, способные поглощать и преобразовывать солнечную энергию в электрическую или тепловую. Также используется система зеркал, отражающая солнечные лучи и направляющая их в трубы, заполненные маслом, где концентрируется солнечное тепло.  В некоторых регионах целесообразнее использовать солнечные коллекторы, с помощью которых есть возможность в частичном решении экологической проблемы и использования энергии для бытовых нужд (рис.5). Рисунок 5 – Нетрадиционный источник – энергия солнца. Преимущества солнечной энергии: 1. Не требует подключения к центральной энергосети. 2. Не нужно платить за электричество. 3. Полная автономность системы. 4. Возможность коллективного подключения. 5. Долгий срок службы. 6. Нет всплесков и отключений энергии. 7. Самая экологически чистая энергия. Недостатки: 1. Потребность в больших площадях земли для строительства солнечной электростанции.  Солнечная электростанция. Это инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции Достоинства солнечных электростанций (Достоинства СЭС): 1. Общедоступность и неисчерпаемость источника. 2. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно). Недостатки солнечных электростанций (Недостатки СЭС): 1. Зависимость от погоды и времени суток. 2. Как следствие необходимость аккумуляции энергии. 3. При промышленном производстве - необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности. 4. Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур). 5. Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли. 6. Нагрев атмосферы над электростанцией. Энергия ветра. Ветряная электростанция — несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких мес-тах и объединённых в единую сеть. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветряные электростанции называют ветряными  фермами. Ветряные электростанции способны производить электрическую энергию только в том случае, когда дует сильный ветер. «Основные современные источники энергии» ветра – ветряк, представляющий собой достаточно сложную конструкцию. В нем запрограммированы два режима работы – слабый и сильный ветер, а также есть остановка двигателя, если очень сильный ветер (рис.6). Преимущества: 1. Экологически-чистый вид энергии.  2. Эргономика. 3. Возобновимая энергия.  4. Ветровая энергетика - лучшее решение для труднодоступных мест. Недостатки: 1. Нестабильность. 2. Относительно невысокий выход электроэнергии. 3. Высокая стоимость. 4. Опасность для дикой природы. 5. Шумовое загрязнение. Рисунок 6 – Ветряная электростанция Приливные электростанции. Прили́вная электроста́нция (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. В России c 1968 года действует экспериментальная ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляет 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС мощностью 12 МВт. В советское время были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море,Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной элект-ростанцией в мире — проектная мощность 87 ГВт. Существуют ПЭС и за рубежом — во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии,  США и других странах. ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии р. Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, ее длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Св. Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт. Другие известные станции: южнокорейская — ПЭС Сихва (мощность 254 МВт.[3]), канадская — ПЭС Аннаполис и норвежская — ПЭС Хаммерфест. Преимущества: 1. Приливы — возобновляемый, надежный и предсказуемый источник энергии. 2. Не производят угарного газа (СО), углекислоты (С02) и окислов азота и серы, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не загрязняют почву. 3. Приливные ГЭС — это экзотика для некоторых людей. Строительство приливной ГЭС может стимулировать туризм в регионе, принося дополнительную прибыль. 4. Приливную плотину можно использовать для строительства железной или автомобильной дороги через залив или лиман. 5. Техническое обслуживание приливных ГЭС несложно. Недостатки: 1. Строительство приливной плотины требует значительных инвестиций, однако поддержание ее в рабочем состоянии не так дорого. 2. Приливные ГЭС могут оказывать негативное влияние на морскую флору и фауну. 3. Ошибки при строительстве и эксплуатации приливной ГЭС могут вызвать локальное наводнение. Нетрадиционные геотермальные источники энергии. Геотерма́льная электроста́нция (ГеоЭС или ГеоТЭС) — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров). Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли (рис. 7). Преимущества геотермальных электростанций 1. Запасы геотермальной энергии велики, хотя и не бесконечны. 2. Геотермальная электростанция для работы не требует поставок топлива из внешних источников. 3. Работа геотермальных электростанций не сопровождается вредными или токсичными выбросами (см., однако, третий недостаток геотермальных электростанций ниже). 4. Помимо необходимого для первого старта насоса (или насосов) внешнего источника энергии, геотермальным электростанциям для дальнейшей работы внешняя энергия (топливо) не нужна. 5. Эксплуатация геотермальной электростанции не требует дополнительных расходов, кроме расходов на профилактическое техобслуживание или ремонт. 6. Геотермальные электростанции не портят пейзаж и не требуют значительного землеотвода. 7. Обычная геотермальная электростанция, расположенная на берегу моря или океана, может применяться и для опреснения воды, которую затем можно использовать для питья или ирригации. Недостатки: 1. Найти подходящее место для строительства геотермальной электростанции и получить разрешение местных властей и согласие жителей на ее возведение может быть проблематичным. 2. Иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре. 3. Через эксплуатационную скважину могут выделяться горючие или токсичные газы или минералы, содержащиеся в породах земной коры. Рисунок 7 -  Геотермальные источники энергии. Новые перспективные источники энергии – биомасса.           Биомасса бывает первичной и вторичной. Для получения энергии можно использовать высушенные водоросли, отходы сельского хозяйства, древесину и т. д. Биологический вариант использования энергии – получение из навоза биогаза в результате сбраживания без доступа воздуха.           На сегодняшний день в мире накопилось приличное количество мусора, ухудшающего окружающую среду, мусор оказывает губительное влияние на людей, животных и на все живое. Именно поэтому требуется развитие энергетики, где будет использоваться вторичная биомасса для предотвращения загрязнения окружающей среды.            Согласно подсчетам ученых, населенные пункты могут полностью обеспечивать себя электроэнергией только за счет своего мусора. Более того, отходы практически отсутствуют. Следовательно, будет решаться проблема уничтожения мусора одновременно с обеспечением населения электроэнергией при минимальных расходах. Преимущества: 1. Не повышается концентрация углекислого газа, решается проблема использования мусора, следовательно, улучшается экология.            Обеспеченность мирового хозяйства топливно-энергетическими ресурсами Вместе с тем происходит дальнейшее наращивание ресурсов минерального топлива. Под влиянием энергетического кризиса активизировались крупномасштабные геологоразведочные работы, приведшие к открытию и освоению новых месторождений энергоресурсов. Соответственно возросли и показатели обеспеченности важнейшими видами минерального топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет. природного газа — на 62 года, а нефти — на 37 лет (если в начале 70-х гг. считалось, что обеспеченность мировой экономики запасами нефти не превышает 25-30 лет; разведанные запасы угля еще в 1984 г. оценивались в 1,2 трлн т, то к концу 90-х гг. они выросли до 1,75 трлн т).           В результате преобладавшие в 70-х гг. пессимистические прогнозы обеспеченности потребностей мировой экономики в энергоносителях так, тогда считалось, что запасов нефти хватит не более чем на 25-30 лет) сменились оптимистическими взглядами, основанными на актуальной информации.           Экстенсивный путь решения энергетической проблемы предполагает дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и абсолютный рост энергопотребления. Этот путь остается актуальным для современной мировой экономики. Мировое энергопотребление в абсолютном выражении с 1996 по 2003 г. выросло с 12 млрд до 15,2 млрд т условного топлива. Вместе с тем ряд стран сталкивается с достижением предела собственного производства энергоносителей (Китай) либо с перспективой сокращения этого производства (Великобритания). Такое развитие событий побуждает к поискам способов более рационального использования энергоресурсов.            На этой основе получает импульс интенсивный путь решения энергетической проблемы, заключающийся прежде всего в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие и внедрение энергосберегающих технологий, придает импульс структурной перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса.          В современных условиях тонна сбереженного в результате сберегающих мер энергоносителя обходится в 3-4 раза дешевле, чем тонна дополнительно добытого. Это обстоятельство явилось для многих стран мощным стимулом повышения эффективности использования энергоносителей. За последнюю четверть XX в. энергоемкость хозяйства США снизилась вдвое, а Германии — в 2,5 раза.           Под воздействием энергетического кризиса развитые страны в 70-80-х гг. провели масштабную структурную перестройку экономики в направлении снижения доли энергоемких производств. Так, энергоемкость машиностроения и особенно сферы услуг в 8-10 раз ниже, чем в ТЭК или в металлургии. Энергоемкие производства сворачивались и переводились в развивающиеся страны. Структурная перестройка в направлении энергосбережения приносит до 20% экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП.          Важным резервом повышения эффективности использования энергии является совершенствование технологических процессов функционирования аппаратов и оборудования. Несмотря на то что это направление является весьма капиталоемким, тем не менее эти затраты в 2-3 раза меньше расходов, необходимых для эквивалентного повышения добычи (производства) топлива и энергии. Основные усилия в этой сфере направлены на совершенствование двигателей и всего процесса использования топлива.          В то же время многие государства с формирующимися рынками (Россия, Украина, Китай, Индия) продолжают развивать энергоемкие производства (черная и цветная металлургия, химическая промышленность и др.), а также использовать устаревшие технологии. Более того, в этих странах следует ожидать роста энергопотребления как в связи с повышением жизненного уровня и изменением образа жизни населения, так и с нехваткой у многих из этих стран средств на снижение энергоемкости хозяйства. Поэтому в современных условиях именно в странах с формирующимися рынками происходит рост потребления энергетических ресурсов, тогда как в развитых странах потребление сохраняется на относительно стабильном уровне. Но необходимо иметь в виду, что энергосбережение в наибольшей степени проявило себя в промышленности, но под влиянием дешевой нефти 90-х гг. слабо сказывается на транспорте.           На современном этапе и еще на долгие годы вперед решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от степени снижения энергоемкости экономики, т.е. от расхода энергии на единицу произведенного ВВП.           Таким образом, я думаю, глобальной энергетической проблемы в ее прежнем понимании как угрозы абсолютной нехватки ресурсов в мире не существует. Тем не менее проблема обеспечения энергоресурсами сохраняется в модифицированном виде.

Краткое описание документа:

Представленный проект рассматривает одну из актуальных проблем всего человечест-ва - «глобальную энергетическую проблему», - проблему обеспечения человечества топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем. «Глобальная проблема» Возникла в энергетическом кризисе нехватки энергоресурсов, которая выразилась в резком повышении цены на нефть (в 14,5 раза в 1972-1981 гг.), что создало серьезные трудности для мировой экономики. Хотя, конечно, многие затруднения того времени были прео-долены, но глобальная проблема обеспечения топливом и энергией все-таки сохраняет свое значение и в наши дни.