Мероприятия по рациональному природопользованию при разработке генеральной и региональной схем расселения

Энергия ветра.

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

Ветряные  мельницы с крыльями-парусами из ткани  первыми начали сооружать древние  персы свыше 1,5 тыс. лет назад. В  дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но и откачивали воду, сбивали масло, как, например в Голландии. Первый электрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок.

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.

Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно  работающих в любую погоду под  открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция  такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ  или АЭС, по сравнению с ними должна занимать большую площадь. К тому же ветроэлектростанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач  в близлежащих населенных пунктах.

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. Получается, что ветроэлектростанции  работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток.

Для получения  энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров  с тремя, двумя и даже одной  лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы  его лопастей загнуты вверх и  соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления. Остальным  приходится разворачиваться по ветру.

Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы»  может дуть ветер, на другом в это  время тихо. Ветряки нельзя ставить  слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть 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.

Чтобы снизить зависимость от непостоянного  направления и силы ветра, в систему  включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны; выходя оттуда, его ровная струя вращает  турбину с электрогенератором) и  гидравлические (силой ветра вода поднимается на определенную высоту, а, падая вниз, вращает турбину). Ставят также электролизные аккумуляторы. Ветряк дает электрический ток, разлагающий  воду на кислород и водород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости  сжигают в топливном элементе (т.е. в химическом реакторе, где энергия  горючего превращается в электричество) либо в газовой турбине, вновь  получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанного с  капризами ветра.

Сейчас в мире работает более 30 тысячт ветроустановок различной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена воздушного электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт·ч электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 40 сантимам, а к 2000 году она снизилась в 1,5 раза. Правда энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов за 1 кВт·ч.

Ветровая  энергия неисчерпаемая, дешевая, не загрязняет окружающую среду, но создает  шумовое загрязнение. Препятствием в освоении ветровой энергии является ее непостоянство. Однако на побережьях Северного, Балтийского и арктических  морей ветры дуют с постоянством и достаточной силой. Ресурсы  ветровой энергии, в отличие от солнечной, сосредоточены главным образом  в умеренном поясе.

Современные ветроустановки – очень высокотехнологичные  конструкции. В них воплощен весь современный опыт и знания из многих отраслей промышленности. Одним словом – шедевр технического творчества человека.

Но использовать современные ветроустановки в городской  черте невозможно, по многим причинам:

• Вибрация. В городе ветроустановки, как правило, устанавливают на крышах зданий. Повышенная вибрация может приводить к разрушению здания и создания дискомфорта его жильцам.

• Повышенный уровень шума. В первую очередь  это касается ВЭУ в районах  с малоэтажной застройкой.

• Потенциальная  угроза разрушения ВЭУ во время сильного ветра. Представьте, что произойдет, если на жилые дома упадет конструкция  высотой более 100 м и весом сотни тонн.

• В  городе, с его плотной застройкой, отсутствуют свободные площади  для размещения ветроустановок.

Солнечная энергия. Солнце изливает на Землю океан энергии. Человек буквально купается в этом океане, энергия везде. А человек, словно не замечая этого, вгрызается в землю за углем и нефтью, чтобы добыть энергию для заводов и фабрик, для освещения и отопления. И ведь добывает-то он всю ту же энергию Солнца, которую «впитали» растения былых времен, ставшие потом углем. Растения способны уловить меньше одного процента падающей на листья солнечной энергии, а после сжигания угля ее выделяется и того меньше. Солнечная энергия доступна всем и каждому. Ее практически сколько угодно. Она экологична – ничего не загрязняет, ничего не нарушает, она дает жизнь всему сущему на Земле. Больше того, эта энергия даровая, но при всех своих достоинствах и самая дорогая. Именно поэтому солнечные электростанции не так распространены, как электростанции других видов. 

На острове  Сицилия недалеко от известного своим  неспокойным характером вулкана  Этна еще в начале 80-х годов  дала ток солнечная электростанции мощностью 1 МВт. Принцип ее работы –  башенный. Зеркала фокусируют солнечные  лучи на приемнике, расположенном на высоте 50 м. Та м вырабатывается пар  с температурой более 500º С, который  приводит в действие традиционную турбину  с подключенным к ней генератором  тока. При переменной облачности недостаток солнечной энергии компенсируется паровым аккумулятором. Неоспоримо доказано, что на таком принципе могут работать электростанции мощностью 10-20 МВт, а также и гораздо больше, если группировать подобные модули, присоединяя  их друг к другу. 

Несколько иного типа электростанция в Альмерии на юге Испании. Ее отличие в том, что сфокусированное на вершину  башни солнечное тепло приводит в движение натриевый круговорот (как в атомных реакторах на быстрых нейтронах), а тот уже  нагревает воду до образования пара. У такого варианта ряд преимуществ. Натриевый аккумулятор тепла  обеспечивает на только непрерывную  работу электростанции, но дает возможность  частично накапливать избыточную энергию  для работы в пасмурную погоду и ночью. Мощность испанской станции  всего 0,5 МВт. Но на ее принципе могут  быть созданы куда более крупные  – до 300 МВт. В установках подобного  типа концентрация солнечной энергии  настолько высока, что КПД паротурбинного процесса ничуть не хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях.

Такой принцип работы заложен еще в  одном варианте солнечной электростанции, разработанном в Германии. Ее мощность тоже невелика – 20 МВт. Подвижные зеркала по 40 м2 каждое, управляемые микропроцессором, располагаются вокруг 200-метровой башни. Они фокусируют солнечный свет на нагреватель, где помещается сжатый воздух. Он нагревается до 800ºC и приводит в действие две газовые турбины. Затем теплом этого же отработавшего воздуха нагревается вода, и в действие вступает уже паровая турбина. Получаются как бы две ступени выработки электричества. В результате КПД станции поднят до 18%, что существенно больше, чем у других гелиоустановок.

А в  бывшем СССР недалеко от Керчи сооружена  станция мощностью в 5МВт. Вокруг башни концентрическими зеркалами  размещены 1600 зеркал, направляющих солнечные  лучи на паровой котел, который венчает 70-метровую башню. Зеркала площадью 25 м2 каждое с помощью автоматики и электроприводов следят за Солнцем  и отражают солнечную энергию  точно на поверхность котла, обеспечивая  ее плотностью потока в 150 раз большую, чем Солнце на поверхности Земли. В котле при давлении 40 атмосфер генерируется пар с температурой 250ºС, поступающий на паровую турбину. В специальных емкостях-аккумуляторах  под давлением содержится вода, накапливающая  тепло для работы по ночам и  в пасмурную погоду. Благодаря  этим аккумуляторам станция может  работать еще 3-4 часа после захода Солнца, а на половинной мощности – около  полусуток.

Солнечная энергия используется также в  небольших автомобилях на солнечных  батареях, на космических станциях и спутниках.

Идет  работа, идут оценки. Пока они, надо признать, не в пользу солнечных электростанций: сегодня эти сооружения все еще  относятся к наиболее сложным  и самым дорогостоящим техническим  методам получения гелиоэнергии. Но может создаться такое положение  в мире, когда относительная дороговизна  солнечной энергии будет не самым  большим ее недостатком. Речь идет о  «тепловом загрязнении» планеты  вследствие гигантского масштаба потреблении  энергии. Необратимые последствия, утверждают ученые, наступят, если потребление энергии превысит сегодняшний уровень в сто раз. Упускать этого из виду никак нельзя. Вывод же ученых таков: на определенном этапе развития цивилизации крупномасштабное использование экологически чистой солнечной энергии становится полностью необходимым. Но это не значит, что у гелиоэнергетики нет противников. Вот их резоны: из-за низкой плотности солнечного излучения установка аппаратуры для его улавливания приведет к изъятию из землепользования огромных полезных площадей, не считая крайней дороговизны оборудования и материалов.

Пока  же предстоит еще долгий путь, прежде чем удастся вырабатывать из солнечных  лучей электроэнергию, сравнимую  по стоимости с производимой за счет сжигания традиционного ископаемого  топлива. Разумеется, нереально в  таких условиях рассчитывать хотя бы в обозримом будущем перевести  всю энергетику на гелиотехнику. Пока ее удел – набирать мощности и снижать  стоимость своего киловатт-часа. При  этом не стоит забывать, что с  точки зрения экологии солнечная  энергия действительно идеальна, поскольку не нарушает равновесия в  природе.

Энергия солнца - прекрасный источник чистой энергии. Для выработки электрической энергии не требуется топливо. Достаточно установить солнечные панели на освещаемую солнцем площадку (крыши и стены домов).

Но есть и ряд существенных недостатков:

• Высокая  себестоимость получаемой электроэнергии. Срок окупаемости солнечной панели часто превышает срок ее службы;

• Низкий коэффициент преобразования энергии. Требуется много свободных площадей под установку панелей.

Хотя  климатические  ресурсы  и  названы  неисчерпаемыми,  но  проблема заключается в качестве,  которое  соответствует  влиянию  этих  ресурсов  на

человека. Из-за увеличения озоновых дыр, вместе с солнечным теплом и  светом мы стали получать огромное число различных излучений, от которых страдают  и животный мир, и  сами  люди.  Разрушение  озонового  слоя  происходит  из-за влияния промышленных отходов, выбрасываемых в воздушное пространство.  После того, как человек почувствовал  гарь  от  заводов,  он  начал  строить  выше и заводские трубы, разрушая защиту планеты от космических невзгод.

    В последние девятилетие появилось  множество цветных дождей,  которые  в равной степени отрицательно влияют на здоровье людей и на почву,  ведь  яды, содержащиеся в воде, попадают в растения, которыми питается  человек  и  они становятся несъедобными или погибают.

    Загрязнение атмосферы наносит  огромный вред здоровью людей, приводит  к значительному ущербу в сельском и лесном хозяйствах,  в  различных  отраслях промышленности.

    Воздействие  современного  экономического  пространства  на  окружающую среду  приобретает  все  более  угрожающие  масштабы,  создавая  тем   самым определенные ограничения как в сфере экономического, так и  в  любой  другой сфере  жизнедеятельности.  Актуальность  проблемы  требует  их разрешения максимально возможным рациональным  способом.  Таким образом,  в совокупность знаний и навыков  современного  экономиста  должны,  входить  и сведения об основах экологического нормирования и способах их реализации.