Енергетика й екологія

Одним із принципів гідроелектробудування є мак¬симальне використання гідроенергії річок. Згідно з цим принципом, на річках будуються не окремі ГЕС, а каскади таких станцій і створюються водосховища для регулювання річного, а іноді й багаторічного стоку вод. Стік більшості річок дуже нерівномірний протягом року. Так, у Дніпрі в період весняного паводку, тобто приблизно протягом одного місяця, у море стікала половина всіх водних запасів річки, у літні місяці рівень води різко знижувався. Внаслі¬док цього ГЕС влітку працювала з половинною по¬тужністю. Створення великого водосховища біля ГЕС різко змінило становище. Тепер весняні води Дніпра вже не стікають без усілякої користі в море, а збері¬гаються у водосховищі, а потім планомірно викори¬стовуються протягом року гідростанціями, розташо¬ваними нижче ГЕС. Це дало змогу не лише збільши¬ти річний виробіток електроенергії, а й знімати пікові навантаження в енергосистемі району розмі¬щення ГЕС. Сучасні ГЕС будують з таким розрахун¬ком, щоб за їх допомогою комплексно розв'язува¬лися задачі вироблення електроенергії, зрошення земель, водопостачання промислових підприємств тощо. Зазначимо, що ГЕС мають принаймні дві пе¬реваги перед ТЕС і АЕС:

1) відсутність під час роботи витрат на паливо, внаслідок чого їх електроенергія в 4 — 8 разів дешев¬ша від електроенергії, виробленої на ТЕС і АЕС;

2) гідроенергія річок, що використовується на ГЕС, відтворюється природно, а викопні енергоре¬сурси не відтворюються.

Гідроенергетичні технології мають багато пере¬ваг, але є й значні недоліки. Приміром, дощові се¬зони, низькі водні ресурси під час засухи можуть сер¬йозно впливати на кількість виробленої енергії. Це може стати значною проблемою там, де гідроенер¬гія складає значну частину в енергетичному комп¬лексі країни; будівництво гребель є причиною бага¬тьох проблем: переселення мешканців, пересихан¬ня природних русел річок, замулення водосховищ, водних суперечок між сусідніми країнами, значної вартості цих проектів. Будівництво ГЕС на рівнин¬них річках призводить до затоплення великих тери¬торій. Значна частина площі водойм, що утворю¬ються, — мілководдя. У літній час за рахунок со¬нячної радіації в них активно розвивається водяна рослинність, відбувається так зване «цвітіння» води.

Зміна рівня води, яка подекуди доходить до повного висушування, призводить до загибелі рослинності. Греблі перешкоджають міграції риб. Багатокаскадні ГЕС уже зараз перетворили річки на низку озер, де виникають болота. У цих річках гине риба, а навко¬ло них змінюється мікроклімат, ще більше руйную¬чи природні екосистеми.

ТЕПЛОЕЛЕКТРОСТАНЦШ (ТЕС)

Енергія людини здавна була спрямована на по¬шуки засобів полегшення виконання необхідних для її існування робіт. Для цього використовувалися різні інструменти й прості механізми, приручені твари¬ни, але лише теплова машина різко розширила мож¬ливості людини, прискорила технічний прогрес.

Теплова машина - це система, яка дає змогу пе¬ретворити теплову енергію в інші форми енергії -механічну, електричну.

На теплових ЕС енергія, яка виділяється під час згоряння різних видів палива: вугілля, газу, нафти, торфу, горючих сланців, за допомогою електрогене¬раторів, що приводяться в обертання паровими і га¬зовими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння, перетворюється в електричну енергію. Більшість сучасних потужних ТЕС є паротурбінни¬ми. У паровій турбіні нагріта (до 500—560 °С) і стис¬нена (до 2,4 • 107 Па) пара виходить із сопла (труби), • що розширюється. Об'єм пари зростає, а тиск відпо¬відно падає, при цьому потенціальна енергія стис¬нутої пари перетворюється в кінетичну. Пара вихо¬дить із сопла з великою швидкістю, вдаряється в лопатки диска турбіни, закріпленого на валу, і швидко обертає їх, при цьому кінетична енергія пари передається ротору турбіни. Вал турбіни жорстко зв'яза¬ний з валом електрогенератора, і тому турбіна при¬водить в обертання ротор генератора, внаслідок чого і виробляється електрична енергія.Більша частина енергії палива втрачається разом з гарячою (відпрацьованою) парою. Цю відпрацьо¬вану на турбінах гарячу пароводяну суміш викорис¬товують для опалення житлових приміщень і вироб¬ничих потреб, що підвищує коефіцієнт корисної дії теплових електроцентралей (ТЕЦ). Слід зауважити, що на ТЕЦ 80 % енергії згоряння палива використо¬вують за прямим призначенням. Під час згоряння палива в теплових двигунах виділяються шкідливі речовини: закис вуглецю, сполуки азоту, сполуки свинцю, а також виділяється в атмосферу значна кількість теплоти. Крім того, застосування парових турбін на ТЕС потребує відведення великих площ під ставки, в яких охолоджується відпрацьована пара. Щорічно у світі спалюється 5 млрд. тонн вугілля і 3,2 млрд. тонн нафти, це супроводжується викидом в атмосферу 2-10'°Дж теплоти. Запаси органічного палива на Землі розподілені вкрай нерівномірно, і за теперішніх темпів споживання вугілля вистачить на 150—200 років, нафти - на 40—50 років, а газу приблизно на 60 років. Весь цикл робіт, пов'язаних з видобутком, перевезенням і спалюванням органіч¬ного палива (головним чином вугілля), а також ут¬воренням відходів, супроводжується виділенням великої кількості хімічних забруднювачів. Видобуток вугілля пов'язаний із чималим засоленням водних резервуарів куди скидаються води із шахт. Крім цьо¬го, у воді, що відкачується, містяться ізотопи радію і радон. ТЕС, хоча й має сучасні системи очищення продуктів спалювання вугілля, викидає за один рік в атмосферу за різними оцінками від 10 до 120 тис. тонн оксидів сірки, 2—20 тис. тонн оксидів азоту, /700—1500 тонн попелу (без очищення — в 2т-3 рази більше) і виділяє 3—7 млн. тонн оксиду вуглецю. Крім того, утворюється понад-300 тис. тонн золи, яка містить близько 400-т токсичних металів (Арсену, кадмію, свинцю, ртуті).