1.3.2. Возобновляемые энергоресурсы

Они не прекратят существование, пока существуют Солнце и Земля.

а) Солнечная энергия – имеется в виду энергия прямого излучения (т.к. остальные виды энергоресурсов, в конечном счете, тоже солнечная энергия).

На верхние слои атмосферы падает 10000Q в год, из них до поверхности Земли доходит 1500Q, т.о. примерно 150-200 Вт/м² (для сравнения – плотность энергии, поступающей в чайник на газовой плите, в 1000 раз больше). Вся энергия - 1500Q – сильно рассеяна, на концентрированные источники приходится:

• гидроэнергия – 0,1Q;

• ветер (>500 кВт/км²) – 1-2Q;

• фотосинтез - 3Q (в т.ч. дрова – 0,5Q);

• термальная энергия – 1,0Q;

• приливы в океанах – 0,1Q.

Если бы человек использовал всю падающую солнечную энергию, то 22000 км² (0,1% площади бывшего СССР) хватило бы на все нужды человечества. Первая СЭС (или ГеЭС) в СНГ – на 5 МВт (в Крыму). Пока стоимость электрической энергии (от фотоэлементов) в 100 раз больше, чем на обычных электростанциях.

Разрабатываются проекты СЭС на орбите (10 млн. кВт, вес станции 70 тысяч тонн; площадь наземной антенны приема микроволнового излучения – 100 км²).

б) Гидроэнергоресурсы – успешно используются человеком. В СНГ и США сейчас используется уже 20-30% имеющихся ресурсов. Мощность ГЭС составляет от общей мощности электростанций в СНГ – 15-20%, США – 13%, Нидерландах – 0%, Швейцарии – 85%, Норвегии – 99%.

Мировые ресурсы – 7500 млрд. кВт·ч/год (СНГ – 2100, из них экономически целесообразны ~ 40-50%).

в) Энергия приливов – существует крупная ПЭС во Франции – 240 МВт). В России – Кислогубская ПЭС. Выдвигаются проекты сверхмощных ПЭС (Мезенский залив – 15 млн. кВт, Тугурский – 10, а также Пенжинский – 21-87 – в Белом и Охотском морях). Планировалось строительство Кольской ПЭС на 38 МВт в 1986-1990 годах. На Земле мало мест, где можно построить ПЭС.

г) Энергия ветра – использовалась с незапамятных времен. Главный недостаток – переменность параметров воздушных потоков. Даже при очень сильном ветре диаметр ротора ветряного электрогенератора мощностью 1 МВт должен быть примерно 50-60 м. При уменьшении скорости ветра на 20% КПД снижается на 70%. Ветряные электростанции (ВЭС, «ветряки») распространены в Дании и других странах Северной Европы.

д) Энергия биомассы – с помощью генной инженерии ученые пытаются повысить эффективность фотосинтеза.

е) Геотермальные источники – вода в них очень соленая (параметры: температура до 800⁰С, давление до сотен атмосфер).

1.4. Использование внутриядерной энергии

а) Запасы ядерного топлива:

• реакторы существующих типов (на тепловых нейтронах - РТН) используют всего лишь 1,5% природного урана; если весь уран истратить в таких установках, то мировые запасы всего ядерного топлива составляют только 2-3Q. На уровне потребления 2000 года этих запасов хватит на 50-70 лет;

• для реакторов – размножителей (на быстрых нейтронах - РБН) эффективность использования ядерного топлива выше в 25-35 раз, чем в РТН (и тогда весь запас составляет 50-100Q);

• если станет выгодным извлекать уран из морской воды, то у нас будет еще 50-100 тысяч Q;

• что касается топлива для термоядерных реакторов, где происходит синтез легких элементов, то его запасы, по существу, безграничны.

При делении 1г урана выделяется энергия, эквивалентная 2,8 тут.

б) Развитие атомной энергетики:

• 27 июня 1954г. была пущена первая в мире АЭС - в городе Обнинске Калужской области (5 МВт);

• в 1955г. в Женеве состоялась первая после войны международная конференция по атомной энергетике;

• в 1956г. была пущена первая АЭС в Англии, в 1957г. – в США; в 1958г. – вторая АЭС СССР.

N_э АЭС К 1964г. суммарная мощность

АЭС составила 5000 МВт. 1968

год – это определенный рубеж. К 1975г. АЭС имели 19 стран

(78 000 МВт), к 1980 – 23 страны

(130 000 МВт).

Годы

1954 1968 1975 1980

В настоящее время темпы наращивания мощностей АЭС меньше, чем ожидалось (конкуренция со стороны угольной промышленности; пропагандистские кампании против ядерной энергетики после аварии на Чернобыльской АЭС).

в) Применение атомной энергии для теплоснабжения:

• АЭС – это только первый этап развития атомной энергетики, т.к. на производство электрической энергии тратится только 1/5 добываемого у нас топлива (к концу века будет ~ 30%). Остальное топливо расходуется на производство горячей воды и пара (30-35%), высокотемпературные технологические процессы (1/5), на электрифицированный транспорт (1/5), как химическое сырье (5-6%);

• особенно важно отметить то, что в энергетическом балансе дефицитными являются нефть и газ;

• очевидно, что следующий шаг – это использование атомной энергии в теплоснабжении; речь идет об атомных станциях теплоснабжения (АСТ) - первые планируются вблизи Нижнего Новгорода и Воронежа. Разработан проект такой АСТ, которая не причинит вреда окружающему населению даже при разрыве корпуса реактора (имеется вторичная оболочка);

• АТЭЦ будут вырабатывать одновременно и тепло, и электроэнергию;

• необходимо решить и задачу обеспечения промышленных предприятий паром от атомных реакторов (речь идет о высокотемпературных ядерных реакторах – с гелиевым теплоносителем и шариковыми твэлами);

• а как быть с транспортом? – надо переходить на водное (или какое–либо другое такого же типа) топливо, для производства которого использовать ядерную энергию (водород, по мнению многих, является наиболее удобным вторичным энергоносителем для замены нефти и газа; водород менее взрывоопасен, чем природный газ и более удобен с экологической точки зрения).

г) Преимущества и значение атомной энергетики:

• атомная энергетика существенно увеличивает топливно-энергетические ресурсы; это говорит о том, что она имеет важное социальное значение, т.к. смягчение остроты топливной проблемы приведет, несомненно, и к снижению ее значения как фактора политической напряженности (Ближний Восток); страны, обделенные традиционными топливными ресурсами, смогут получать относительно недорогие ядерные энергоресурсы, что будет способствовать их быстрому техническому прогрессу;

• АЭС могут размещаться там, где это необходимо по условиям развития промышленности, а не вблизи мест добычи (это объясняется высокой калорийностью ядерного топлива);

• АЭС обеспечивают высокую чистоту воздушного бассейна (в т.ч. и по радиоактивным долгоживущим изотопам); АЭС не расходуют кислород на процесс “горения”;

д) Проблемы атомной энергетики:

• необходимость создания специальной отрасли промышленности для переработки ТВС;

• необходимость развития АЭС на быстрых нейтронах (натрий как теплоноситель желательно заменить);

• высокие капитальные затраты на сооружение АЭС;

• захоронение радиоактивных отходов;

• сложность проведения ремонтных работ (на радиоактивном оборудовании);

• тепловое загрязнение среды больше, чем на ТЭС;

• срок службы АЭС ~ 30 лет, возникает проблема замены радиоактивного оборудования;

• целесообразность использования АЭС в базовом режиме.