Контрольная работа по курсу: “Основы экологии и энергосбережения”

Человек ещё в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии научились строить водяные колёса, которые вращала вода; этими колёсами приводились в движение мельничные постава и др. установки. Водяная мельница является примером древнейшей гидроэнергетические установки, сохранившейся во многих местах до нашего времени почти в первобытном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колёс увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки, молоты, воздуходувные устройства и т. п.

Гидроэнергетика – область наиболее развитой на сегодня энергетики на возобновляемых ресурсах, использующая энергию падающей воды, волн.

Источником гидроэнергии является преобразованная энергия Солнца в виде запасенной потенциальной энергии воды, которая затем преобразуется в механическую работу и электроэнергию. Действительно под воздействием солнечного излучения вода испаряется с поверхности озер, рек, морей и океанов. Пар поднимается в верхние слои атмосферы, образуя облака; затем он, конденсируясь, выпадает в виде дождя, пополняя запасы воды в водоемах. Преобразование потенциальной энергии воды в электрическую происходит на гидроэлектростанции. Поддержание постоянного напора осуществляется с помощью платины, которая образует водохранилище, Служащее аккумулятором гидроэнергии. В связи с этим при строительстве ГЭС предъявляются определенные требования к рельефу местности, который должен позволить организовать водохранилище и создать требуемый напор за счет плотины. Все это связано со значительными затратами, и стоимость строительных работ может превышать стоимость оборудования ГЭС. Вместе с тем удельная стоимость электроэнергии, генерируемой ГЭС, является самой низкой по сравнению с себестоимостью энергии, производимой другими источниками. Как правило, срок окупаемости малых ГЭС не превышает 10 лет.

Республика Беларусь – преимущественно равнинная страна, тем не менее, её гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 850-1000МВт. Однако практически реализуемый потенциал малых рек и водотоков составляет едва ли 10% этой величины, что эквивалентно экономии 0,1 млн.т у.т./год. К концу 60-х гг. в Беларуси эксплуатировалось около 180 малых гидроэлектростанций (МГЭС) общей площадью 21 МВт. Основные направления развития гидроэнергетики республики: восстановление старых МГЭС путем капитального ремонта и частичной замены оборудования; сооружение новых МГЭС на водохранилищах неэнергетического (комплексного) назначения, на промышленных водосбросах; строительство бесплотинных ГЭС, в которых используется кинетическая энергия движущейся массы воды (течение). Такие станции, мощностью до 10...25 кВт, не требуют больших капитальных затрат на строительство, экологичны и удобны в использовании при энергоснабжении потребителей небольшой мощности, расположенных на берегах рек, при наличии перепадов высот на небольших ручьях (рукавные ГЭС) и др. При наличии водных потоков перспективно также применение водных таранов для целей водоснабжения, а также использование водяных колес и турбин небольшой мощности для привода компрессоров тепловых насосов. Работы по восстановлению МГЭС уже начаты. В 1992 -2000 годах в республике восстановлены следующие ГЭС:

                               Добромыслянская (Витебская область) – 200 кВт;

                               Гонолес (Минская область) – 250 кВт;

                               Войтощизненская (Гродненская область) – 150 кВт;

                               Жемыславльская (Гродненская область) – 160 кВт;

                               1-я очередь Вилейской ГЭС (Минская область) – 900 кВт;

                               Богинская (Витебская область) – 300 кВт;

                               Ольховка (Гродненская область) – 100 кВт;

                               Тетеринская (Могилёвская область) – 600 кВт.

На начало 2004 года установленная мощность ГЭС, входящих в концерн «Белэнерго», составила 10,9 МВт, а их годовая выработка электроэнергии - около 29 млн. кВт∙ч, что позволяет заместить около 8 тыс. тонн условного топлива. В то же время потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в том числе технически доступная - 520 МВт, а экономически целесообразная - 250 МВт. В последние годы идет активное восстановление гидроэлектростанций. На той же Гродненщине, например, в 2005 году начала работать мини-ГЭС «Немново» на Августовском канале. Мощность станции - 250 кВт, и этого достаточно, чтобы обеспечить светлом и теплом местный поселок Сапоцкино. Окупится установка уже через 11 лет, а служить будет как минимум целый век. А всего до 2010 года в Беларуси будет насчитываться около 30 мини-ГЭС. Предусматривается до 2020 г.: строительство каскада ГЭС на Западной Двине, строительство станций на Днепре и Немане (суммарная мощность около 200 МВт). (см. Приложение видио клип «Альтернатива»)

Для выживания человеку необходима энергия. И он берет ее, разворовывая недра нашей планеты: добывает тоннами нефть, уголь, вырубая леса и т.д. Наша планета очень и очень богата, но запасы все же небезграничны. Одним из возможных решений этой насущной проблемы стала геотермальная энергетика, то есть использование внутреннего тепла земли и превращение его в электроэнергию.

Приблизительная температура земного ядра 5000 С, а давление там достигает 361 ГПа! Такие невероятно высокие значения достигаются вследствие радиоактивности ядра. Как будто внутри Земли работает природная атомная станция. Ядро разогревает близлежащие пласты породы, создавая тем самым горячие потоки, размером с континенты. Они медленно поднимаются из глубины земных недр, заставляя двигаться континенты, провоцируя извержения вулканов и землетрясения. Наша планета постоянно находится в движении, ее динамические изменения изучаются учеными всей планеты, стремящимися раскрыть все тайны и загадки земных недр.

При удалении от ядра температура постоянно уменьшается, но жар при извержении вулканов говорит нам о том, что даже «низкая» для ядра температура, просто колоссальна для нас. Тепловая энергия земли огромна, но загвоздка в том, что современные технологии пока не позволяют использовать ее если не полностью, то хотя бы наполовину. В некотором смысле земное ядро можно считать вечным двигателем: есть сильное давление (а оно благодаря гравитации будет всегда), значит есть высокая температура и атомные реакции. Но пока не создано ни технологий, ни материалов, которые смогли бы выдержать столь жесткие условия и позволить добраться до ядра. Зато уже сегодня мы можем использовать тепло приповерхностных слоев, температура которых конечно же не сравнима с тысячами градусов, но вполне достаточна для выгодного ее использования.

Существует несколько способов использования геотермальное энергии. Например, можно использовать горячие подземные воды для обогрева жилых домов, всевозможных предприятий или учреждений. Но больший интерес вызывает использование тепловой энергии для преобразования ее в электроэнергию.

Геотермальную энергию различают по форме, в которой она вырывается из-под земли:

«Сухой пар». Это пар, вырывающийся из-под земли без капелек воды и примесей. Его очень удобно использовать для вращения турбин, вырабатывающих электрическую энергию. А конденсированная вода, как правило, остается довольно чистой и ее можно возвращать обратно в землю или даже в ближайшие водоемы.

«Влажный пар». Это смесь воды и пара. В данном случае задача несколько усложняется, поскольку приходится сначала отделить пар от воды, а лишь потом его использовать. Капли воды могут повредить турбины.

«Система с бинарным циклом». Из-под земли вырывается просто горячая вода. Используя эту воду, изобутан переводят в газообразное состояние. А затем используют изобутановый пар для вращения турбин. Ну и естественно эту воду можно использовать для непосредственного обогрева помещений – централизованное теплоснабжение.

Недостаток таких установок в том, что они привязаны географически к районам газотермальной активности, которые расположены совсем неравномерно по поверхности земли.

В середине 19 века британский физик Уильям Томсон заложил фундамент технологии теплового насоса. Принцип его работы можно объяснить схематично в виде трех замкнутых контуров. Во внешнем контуре циркулирует так называемый теплоноситель, который поглощает тепло окружающей среды. Обычно этот контур представляет собой трубопровод, который максимально приближен к источнику внешнего тепла (грунт, река, море и т.д.) с циркулирующим антифризом (незамерзающей жидкостью). Во втором контуре циркулирует вещество, которое испаряется благодаря теплу вещества первого контура, и конденсируется, отдавая тепло веществу последнего третьего контура. Во втором контуре в качестве испаряемого вещества используется хладагент (вещество с низкой температурой испарения). В этот же контур встроены конденсатор, испаритель и устройства, меняющие давление хладагента. Третий контур и является нагревательным элементом, который передает тепло помещениям.

Есть и еще один проект, преобразующий тепло земной коры в электроэнергию. Это проект разработали ученые одной из национальных лабораторий министерства энергетики США. Эта технология заключается в бурении двух неглубоких скважин глубиной около четырех километров, которые доходят до твердых скальных пород. Далее скалы дробятся при помощи подземных взрывов, увеличивая глубину скважины. Одна из скважин наполняется водой, где она нагревается до 176 градусов. При том, что температура сравнительно небольшая, ее вполне хватает для обогрева помещений и выработки электроэнергии. Затем, вода поднимается по другой скважине (ее стараются располагать на значительном удалении от первой) и поступает на электростанцию. Преимуществом данного метода стала его независимость от геотермальной активности местности – он пригоден для установки почти везде.

Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.

Технология гидроэлектростанций, основанных на приливах и отливах, досконально проработаны в инженерном плане, многие варианты уже опробованы в некоторых странах, даже в Кольском полуострове. Выдвинута даже оптимальная стратегия использования такой энергии: во время приливов накапливать воду в водохранилищах, а во время максимальной нагрузки на энергодобывающую сеть, разгружать ее, используя энергию, накопленную при приливе.

В наше время приливные электростанции, конечно же, значительно уступают тепловой энергетике, ведь легче получить коротко-срочную прибыль, закупив дешевую нефть в странах третьего мира. Однако приливная энергия обладает всеми качествами, которые помогут ей в будущем стать одной из самых важных составляющих мировой энергетики.

Чтобы построить ПЭС даже в самых приспособленных для этого местах, где уровень воды колеблется от 1 до 16 метров, нужны десятилетия. Но все-таки ПЭС должны потихоньку отвоевывать долю мировой добычи энергии.

Самая первая ПЭС, имеющая мощность 240 МВт, была построена в 1966 г. в устье реки Ранс во Франции, эта река впадает в пролив Ла-Манш, средний показатель перепадов уровня воды там составляет 8.4 м. Хоть она и обошлась стране в 2.5 раза дороже, чем строительство гидроэлетространции такой же мощности, сразу после начала ее эксплуатации стала очевидна ее экономическая выгодность. В настоящее время Французская ПЭС используется и приносит энергию в энергосистему страны.

Созданы проекты крупнейших ПЭС: мощностью 4000 МВт - Мезенская на Белом море, и Кольская - мощностью 330 МВт. В будущем планируется использовать большой энергетический потенциал Охотского моря, там приливы достигаю почти 13 м.

Очень хорошие предпосылки для распространения и развития добычи энергии из приливов дает геликоидная турбина Горлова. С ее помощью можно строить приливные электростанции и добывать энергию не сооружая плотины - это в разы уменьшает издержки на строительство.

3.

Индивидуальная норма расхода ТЭР на технологический процесс определяется по соотношению

=

Предприятие №1

=

Предприятие №2

=

Предприятие №3

=

Технологическая цеховая норма расхода ТЭР определяется по формуле

Предприятие №1

=

Предприятие №2

Предприятие №3

Удельный вес j-й составляющей в общем объеме производства продукции определяется по формуле

Предприятие №1

Предприятие №2

Предприятие №3

Групповая норма расхода ТЭР определяется по соотношению

Предприятие №1

Предприятие №2

Предприятие №3

Рассмотрев три предприятия и определив групповую технологическую норму каждого, можно увидеть, что: у Предприятия №2 групповая норма расхода ТЭР самая низкая по отношению к Предприятию №1 и Предприятию №3, а самая высокая у предприятия №1. Делаем вывод, что технологические процессы Предприятия №2 наиболее энергоэффективны.

4.

1. Акимова, Т.А. Экология: Учебник для вузов / Т.А. Акимова, ВЛЗ. Хаскин. - М: ЮНИТИ, 1998, - 445 с.

2. Алексеев В.В., Чекарев К.В. Солнечная энергетика. №12. - М.: Знание, 1991.-64с.

3. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. – М.: 1988.

4. Вернадский В. И. Несколько слов о ноосфере//Успехи современной биологии. — 1944 г., № 18, стр. 113—120.

5. Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика (проблемы перехода к новым источникам энергии). – М.: Наука, 1981. -202 с.

6. Кормилицин, В.И. Основы экологии: Учеб, пособие / В.Ц. Кормилидин. - М.: Интерстиль. 1997. - 368 с.

7. Маврищев, В.В. Основы общей экологии: Учеб. пособие / В.В. Маврищев. - Мн.: Выш. шк., 2000, - 317 с.