Енергетика України: можливості, проблеми та перспективи Зміст Вступ


Таблиця 2 Розвиток малих ГЕС та мініГЕС



Сторінка2/2
Дата конвертації11.03.2019
Розмір2.12 Mb.
1   2

Таблиця 2
Розвиток малих ГЕС та мініГЕС



Показники

Роки

2000

2005

2010

Загальна потужність, МВт

10

500

1500

Виробництво електроенергії, млрд. кВт∙тод

0,4

2,0

6,0

Заощадження енергоносіїв, млн.т.у.п.

0,146

0,73

2,19

Лопаткові капіталовкладення. $ млн.

60

240

600




    1. Шляхи вирішення проблеми використання

деревини для отримання енергії в Україні
В теперішніх умовах недостатнього забезпечення України власними паливно-енергетичними ресурсами деревина постає одним із найбільш доступних, економних та перспективних джерел відновлюваної енергії, особливо для сільського населення та підприємств, зайнятих заготівлею і обробкою деревини. З метою широкого застосування деревини для отримання енергії необхідно здійснити ряд таких заходів: вдосконалення системи обліку і звітності використання деревинної сировини, вирощування якої здійснюється за державні кошти; організація системи економічного регулювання споживання деревинної сировини та використання деревинних відходів; проведення досліджень, спрямованих на створення енергетичних лісових плантацій, екологічне, лісівниче та техніко-економічне обґрунтування розширення використання лісосічних відходів і неліквідної деревини; створення окремих підприємств чи дільниць на діючих деревообробних підприємствах по збиранню і переробці низькоякісної деревини і відходів та деревини, що була в експлуатації; розробка систем машин для виробництва, транспортування і зберігання паливної тріски; створення і організація виготовлення котлів індивідуального і промислового призначення з високим ступенем механізації для спалювання паливної тріски; забезпечення використання на деревопереробних підприємствах низькоякісної деревини і відходів в енергетичних цілях; встановлення пільг та субсидій для споживачів енергії із деревини.

Реалізація вищенаведених заходів дозволить знизити потребу в імпортних енергоносіях, зменшити напруженість паливно-енергетичного балансу та підвищити ефективність лісопромислових підприємстві

Усвідомлення того, що сировинні запаси мінерального походження в Україні дуже обмежені і в недалекому майбутньому вони повністю будуть вичерпані, а їх енергетичне застосування негативно впливає на оточуюче середовище, призводить до використання відомого з давніх-давен носія енергії деревини.

Використання деревної маси як біомаси, що постійно поповнюється, може частково вирішити проблему енергозабезпечення України. Особливо це стосується використання господарсько доступної маси деревини, відходів деревообробки (тирси, стружки, кускових відходів) та лісосічних решток. Лише на зрубах щорічно залишається біля 7,5 млн. м3 решток, з яких кора складає 2,6 млн. м3, пеньки - 2,2м3. За даними відділу по сільському господарству і лісоматеріалах (ООН), споживання енергії «звалищний газ» з культивованих (використаних раніше) сміттєзвалищ. Цей продукт розкладу побутового сміття, у якому 50% органічних речовин розкладаються анаеробними бактеріями, має значний вміст метану (до 40%). Збирається до 60% «звалищного» газу, який використовується у двигуні внутрішнього згорання, з'єднаному з генератором постійного струму, який щороку виробляє 22,5 МВт∙тод електроенергії.

Поклади некондиційного природного газу, що розвідані майже у всіх регіонах України (особливо на Волині, Полтавщині, Прикарпатті), дозволяють вирішувати питання самоенергозабезпечення окремих підприємств, селищ, невеликих міст шляхом реконструкції котелень на ГТУ-ТЕЦ модульного типу потужністю 2,5-5 МВт.


    1. Використання теплових насосів.


В енергогосподарстві України широких масштабів набуває децентралізоване комбіноване виробництво електричної та теплової енергії з найменшими затратами транспортування.

Економічне вирішення даного питання можливе при застосуванні теплових насосів, які можуть використовуватися для штилювання теплових відходів різних виробництв, а також для вилучення енергії з навколишнього середовища.

Вилучаючи енергію з теплових відходів чи довкілля теплові насоси не створюють додаткової енергії, а лише трансформують її, що створює можливості для теплообміну, які без цієї трансформації неможливі. Так, наприклад, взимку неможливе опалення будинку за рахунок зовнішнього повітря, а використання теплових насосів робить таке опалення можливим. Теплові насоси великої потужності, які вилучають енергію з великих природних водоймищ (морів, озер, рік), можуть заміняти традиційні котельні з метою забезпечення теплом значних житлових масивів, а також вирішення проблем, пов'язаних із забрудненням атмосфери пилегазовими викидами котелень.

Економічні та екологічні переваги насосного теплопостачання з використанням у якості джерела низькопотенційної теплоти підземної води над традиційним котельним опаленням підтверджуються їх достатньо широким розповсюдженням у багатьох промислово розвинутих країнах зокрема США, Швеції, Голландії, Франції, ФРН, Англії, Австрії. За даними зарубіжної науково-технічної літератури, застосування теплових насосів, розрахованих на підтримку стандартного температурного графіку опалення (85°С - 70°С) з електроживленням від енергосистеми доцільне навіть тоді, коли температура підземної води не перевищує 9-11°С (ґрунтові води). Перехід на моторний привід компресора теплового насоса, зокрема, від газового дизельного двигуна можливий при використанні підземних джерел з більшою температурою, а також при використані газу, який вилучається з води, підвищує конкурентоспроможність ТН.

Це дає підстави стверджувати, що при наявності легкодоступних джерел порівняно теплої підземної води (за грубими оцінками - з температурами, більшими 15°С і глибинами до 500м) та при наявності високих концентрацій газу і з температурами 8-10°С на менших глибинах теплонасосні системи теплозабезпечення будуть конкурентоспроможними і в умовах України.

Головним елементом системи теплопостачання споживачів
від теплових насосів (ТНС) з використанням підземної води з
температурами 15-30°С є компресійний тепловий насос (КТН) з
механічним приводом від електричного або теплового двигуна. Теплоту підземної води він передає на більш високому
температурному рівні теплоносію, циркулюючому у системі
опалення споживачів з застосуванням оберненого термодинамічного циклу Репкіна на низькокиплячому робочому тілі. У якості робочої рідини (агенту) сучасних КТН для систем опалення, які випускаються провідними закордонними фірмами, найчастіше застосовуються перфторхлорвуглеводи (фреони), які підбираються, виходячи з потрібних температур нагрівання теплоносія у системі теплопостачання. У більшості сучасних КТН застосовуються озонобезпечні фреони.


До складу принципової схеми теплової теплонасосної станції теплопостачання з електричним приводом входять:

  • випаровувач, у якому відбувається відбір теплоти від підземної води киплячим робочим тілом КТН;

  • перегрівач, призначений для остаточного випаровування рідких залишків робочого агенту, необхідного за умов безпечної роботи компресора;

  • герметичний компресор гвинтового або центробіжного типу, що підвищує тиск парів фреону у 3-5 разів з одночасним підвищенням температури;

  • конденсатор, де відбувається нагрівання води, що циркулює у системі опалення споживачів за рахунок охолодження та наступної конденсації пари робочого агенту;

  • переохолоджувач, де відбувається подальше охолодження робочої рідини з віддачею теплоти воді, яка надходить до системи гарячого теплопостачання;

  • регулюючий вентиль (дросель), призначений для зменшення тиску робочої рідини перед її подачею у випаровувач.

Принципова схема з дизельним приводом дає можливість забезпечувати теплопостачання населених пунктів, розташованих поблизу родовищ низькотемпературних підземних вод, насичених метаном. Підземна вода, природно сатурована метаном під тиском у кілька мегапаскалів (об’ємний вміст метану в 1м3 води становить 1,2 - 1,5м3), подається на десатуратор, де від неї відокремлюється метан. Вилучений метан компранується та подається на газовий дизель - генератор. Десатурована вода охолоджується у випаровувачі ТНС та викидається. Частина води, при необхідності, може застосовуватись для попереднього підігрівання водопровідної води, яка потім направляється у доохолоджувач ТНС і далі у систему гарячого водопостачання.




Рис. 6. Принципова схема типової теплонасосної станції. Теплопостачання з використанням підземних вод, насичених метаном з дизельним приводом




Рис. 7. Принципова схема типової теплонасосної

станції. Теплопостачання з електричним приводом





    1. Прогноз розвитку генеруючих потужностей на нетрадиційному паливі і НВДЕ на період до 2010р.


Україна має можливість використати потужну машинобудівну базу для створення обладнання, яке вироблятиме екологічно чисту електроенергію, що дозволяє здійснити розробку «екологічної стратегії» розвитку структури генеруючих енергопотужностей України.

За умови здійснення активної державної політики і привабливого клімату для інвестицій оновлення парку базових енергопотужностей має здійснюватися шляхом не тільки модернізації існуючих ТЕС на вугіллі і газі, а й побудови нових економічних ГТЕС і ГеоТЕС, які використовуватимуть нетрадиційні паливні ресурси (пластовий і звалищний газ, некондиційний природний газ, тепло Землі). Обладнання цих станцій забезпечує експлуатацію у базовому режимі з високими маневреними можливостями. До 2010 року цілком реально створити газотурбінні, парогазові і геотермальні блоки загальною потужністю 2365 МВт і річним виробництвом електроенергії в обсязі щонайменше 13,65 ТВт·тод.

Побудова потужної мережі ВЕС на півдні і заході України, відтворення малої гідроенергетики на середніх і малих річках задовольнить відчутну частину регіональних потреб у електроенергії: Прикарпаття, Закарпаття, Криму, а також Миколаївської, Херсонської і Одеської областей. Такі ж завдання вирішуватимуть ГТЕС у вугледобувних регіонах, поблизу нафтопереробних підприємств, непромислових нафтових і газових свердловин.

Темпи створення МГЕС певною мірою обумовлені вимогами Водного Кодексу України та позицією місцевих органів влади. Обсяги впровадження сонячних та сонячно-паливних станцій можуть збільшитись після 2005 р. у декілька разів завдяки технологічному прориву, досягнутому у США і Японії: прогнозується п'ятикратне зменшення собівартості сонячної електроенергії у 2010 р. (до 6-8 центів за 1 кВт·год.). Але сьогодні вона майже на порядок вища, ніж на вугільних ТЕС.

Зважаючи на техніко-економічні показники сучасних ВЕС і світовий рівень технологічних досягнень, побудова ВЕС в Україні найбільш приваблива з економічних причин.

За розрахунками фахівців з Оклендського університету (Нова Зеландія, 1994p.), середньосвітова собівартість вітрової електроенергії вже у 2000 р. становитиме 2,6-3 центи. Собівартість електроенергії ГеоТЕС очікується вищою на 40-50%, ніж на ВЕС, і на 30-40% вищою, ніж на вугільних ТЕС з котлом ЦКШ.

Разом з тим, висока ефективність використання тепло- і електроенергії, виробленої на НВДЕ у конкретного споживача, розташованого поблизу ВЕС, ПГЕС, ГеоТЕС, зумовлена низькими невиробничими витратами, відсутністю втрат при транспортуванні енергії. Особливі переваги виникають тоді, коли споживач є власником (або співвласником) електростанції і тому не зв'язаний з умовами енергопостачальної (посередницької) структури.


  1. Висвітлення екологічних проблем на уроках фізики


Характер і масштаби негативного впливу результатів науково-технічної діяльності людини на навколишнє середовище є до­статньо відомими і обговорюються вже не одне десятиліття. Проте в останній час вони стали настільки глобальними і загостреними, що вже ні в кого не викликає сумніву необхід­ність гуманітарного виховання, зокрема екологічної просвіти, як одного з обов'язкових елементів підготовки майбутніх фа­хівців незалежно від їх спеціальності та рівня освіти.

Водночас розгляд екологіч­них питань на уроках фізики має й інший аспект. Відомо, що перед викладачем фізики у гімназіях та окремих класах гу­манітарної спрямованості по­стає проблема не стільки склад­ності питань, які розглядають­ся (досвідчений учитель знайде спосіб зробити зрозумілими найскладніші питання), скіль­ки проблема мотивації вивчен­ня фізики для учнів юридично­го або економічного ліцеїв. Як­що розставити деякі екологічні акценти при розгляді фунда­ментальних фізичних законів, можна, зокрема, показати, що існує фізичне обґрунтування юридичних норм, установле­них міжнародними конвен­ціями.

Аналіз сучасних шкільних підручників з фізики свідчить, що в них приділено увагу можливостям тех­нічного застосування основ­них законів і фізичних явищ. Такий підхід формує уявлення про те, що фізичні явища і за­кони, їх дослідження й вико­ристання є базою науково-тех­нічного прогресу та розвитку цивілізації. Разом з тим еколо­гічні наслідки впровадження технічних рішень практично не обговорюються.

Зрозуміло, що для обгово­рення з учнями середньої школи необхідно обирати загальнові­домі проблеми екології. Серед таких проблем найгострішою є порушення екологічної рівно­ваги внаслідок неправильного користування природними ре­сурсами, що спричиняє, зок­рема, скорочення популяцій і навіть знищення окремих пред­ставників тваринного й рос­линного світу, погіршення умов життя людини. Очевидно, що таке питання природно обго­ворювати на уроках загальної біології. Не меншу тривогу ви­кликає забруднення навколиш­нього середовища, яке, по-пер­ше, зумовлено поточною (що­денною) діяльністю людства, по-друге, техногенними ката­строфами, такими як вибухи на АЕС та підводних човнах, утворення нафтових плям на поверхні океанів. Проблема, безумовно, є темою для обго­ворення на уроках хімії, але де­які її аспекти — це предмет фі­зики (наприклад, створення контрольно-вимірювальної апа­ратури для моніторингу нав­колишнього середовища). Од­нак такі питання потребують достатньої підготовки, спеці­альних знань, і розгляд їх у шкільному курсі є досить проб­лематичним.

Наш власний досвід свід­чить, що вивчення певних роз­ділів фізики, навіть не виходя­чи за межі шкільного рівня складності, може стати підґрун­тям для висвітлення такої фун­даментальної екологічної проб­леми, як глобальне потепління і зміни клімату в окремих ре­гіонах планети. До обговорен­ня ми пропонуємо такі теми:

• теплові двигуни (10 кл.);

• теплова дія електричного струму; закон Джоуля —Ленца (10 кл.);

• вироблення й використан­ня електричної енергії (11 кл.).

Тепловий двигун та його ко­ефіцієнт корисної дії. Розповідь про теплові двигуни почина­ється із загального означення: тепловий двигун — це пристрій, у якому організований цикліч­ний термодинамічний процес, унаслідок чого забезпечується періодичне виконання певної корисної роботи А. Загально­відома схема теплового двигу­на зображена на мал. 8. Цей пристрій обов'язково має ро­боче тіло (газ), нагрівник і хо­лодильник. Один цикл роботи такого теплового двигуна скла­дається з кількох послідовних процесів. Від нагрівника робо­чому тілу (газу) передається кількість теплоти Q1 і під час розширення газ виконує до­датну роботу. Щоб повернути систему в початковий стан, тре­ба зменшити об'єм газу; для нього забезпечують його кон­такт із холодильником, який відбирає від робочого тіла кіль­кість теплоти Q2. Різниця кіль­костей теплоти Q1 – Q2: визна­чає корисну роботу А, яку ви­конує двигун протягом одного циклу. В загальному випадку коефіцієнт корисної дії (ККД) η теплового двигуна визначаєть­ся як відношення корисної ро­боти до кількості теплоти Q1 яку газ отримав від нагрівни­ка, тобто

(1)

Навіть у такому вигляді фор­мула (1) для ККД дає змогу по­казати, що цей параметр ха­рактеризує не тільки економіч­ність двигуна, а (частково) і його екологічність.

Кількість теплоти Q1 — це не абстрактна фізична величи­на, а результат згоряння пев­ної кількості палива. Очевид­но, що чим менше значення Q1 при тій самій роботі А, тим нижча вартість кожного кіло­джоуля роботи, виконаної цим двигуном. Отже, виший ККД відповідає більш економічно­му пристрою.

Щоб розглянути екологіч­ність теплового двигуна, під­креслимо, що кожний тепло­вий двигун, незалежно від того, за яким принципом та на яко­му паливі він працює, обов'яз­ково має зворотну ділянку цик­лу, на якій «скидає» теплоту Q2 у навколишнє середовище. На цьому етапі можна зробити пер­ше узагальнення: робота будь-якого двигуна зумовлює «теп­лове забруднення» навколиш­нього середовища — віддає певну кількість теплоти, нагрі­ває атмосферу і поверхневий шар земної кори. Як випливає з виразу (1), збільшення робо­ти А при тій самій кількості підведеної теплоти Q1, тобто підвищення ККД, можна реа­лізувати, якщо зменшувати Q2 — тепловий викид у навколишнє середовище. Таким чином, зменшення кількості теплоти на зворотній ділянці цикліч­ного процесу веде до: а) підви­щення економічності; б) по­ліпшення його екологічних характеристик.

Поставимо запитання: який двигун має найвищі економічні й екологічні показники ? Щоб відповісти на нього, звернемо­ся до 1 закону термодинаміки: якщо газу (робочому тілу) пе­редається кількість теплоти Q, то зростають температура газу і, відповідно, його внутрішня енергія на величину ΔU, а та­кож виконується робота над зовнішніми тілами внаслідок розширення газу, тобто

(2)

Очевидно, що з усіх ізопроцесів, розглянутих на поперед­ніх уроках, найбільш «еконо­мічним» є ізотермічний процес: уся кількість теплоти, передана газу, йде на виконання робо­ти, оскільки для ізотермічного процесу ΔU= 0.

Особливе значення для тер­модинаміки має адіабатичний процес, який відбувається без теплообміну з навколишнім се­редовищем. Отже, в адіабатич­ному процесі робота є зовсім «безкоштовною». Як видно з виразу (2), при Q = 0 можна отримати корисну роботу А не за рахунок згоряння палива, а внаслідок зменшення внутріш­ньої енергії газу, тобто знижен­ня його температури. Таким чином, економічний тепловий двигун може включати ізотер­мічний і адіабатичний проце­си. На мал. 7 показаний цикл теплового двигуна, в якому про­цес 1 − 2 − це ізотермічне роз­ширення газу внаслідок пере­дачі йому кількості теплоти Q1.


Q1 − підводиться

до газу


від нагрівника

P 1


Мал. 7




T1 = const

2

T2 = const


4 3


V

Щоб організувати оптимальний шлях повернення систе­ми в початковий стан, проана­лізуємо, які з відомих ізопроцесів є «екологічними», тобто віддають мінімальну кількість теплоти в навколишнє середо­вище при зменшенні об'єму газу. Очевидно, одним з «найекологічніших» процесів є зно­ву ж таки, адіабатичний, адже кількість теплоти, яка надхо­дить в атмосферу, дорівнює нулю. На другому місці, ізо­термічний процес, оскільки теплота Q2, віддана в навко­лишнє середовище, визнача­ється виключно роботою сти­скання газу. Отже, для того щоб повернути газ у початковий стан, доцільно використовува­ти саме ці процеси. Щоб зам­кнути цикл, газ зі стану 4 пере­водять з ізотерми Т2 = const на нову ізотерму T1 = = const, вико­ристовуючи для цього адіаба­тичне стискання газу. По ізотер­мі 3 − 4 відбувається стискан­ня газу, і адіабатичний процес 4 − 1 необхідний для того, щоб повернути газ у початковий стан 1, який характеризується максимальним тиском і міні­мальним об'ємом (див. мал. 7).

Описаний цикл називають циклом Карно — на честь фран­цузького вченого, який пока­зав, що двигун, який реалізує такий цикл, є найекономічнішим. Його ККД визначається температурами нагрівника Т1, і холодильника Т2:

(3)

Після розгляду циклу Кар­но доцільно розставити певні акценти.

• Цикл, який має найбіль­ший ККД, одночасно має і наймінімальнішу кількість теплоти, що викидається в навколишнє середовище. Отже, ми отрима­ли ситуацію, коли оптимальне розв'язування технічної задачі веде до зменшення негативних екологічних наслідків від її ви­користання.

• З формули (3) випливає, що ККД циклу Карно може дорівнювати одиниці у виключному випадку, коли абсолютна температура холодильника :дорівнює нулю, а це принципово неможливо. Отже, ККД циклу Карно завжди менший за 1. Треба підкреслити, що довіль­ний двигун, який працює за іншим циклом (наприклад, дви­гун внутрішнього згоряння, турбіна), мають ще менший ККД, тобто гірші екологічні по­казники.

• Широке використання теп­лових двигунів спричинило тех­нічну революцію наприкінці XIX ст. Виключити їх викори­стання в техніці на даному ета­пі розвитку є нереальним, от­же, екологічні наслідки від їх використання — це невід'ємні атрибути техногенного су­спільства.

Електричні прилади. Джоулева теплота. Послідовність викладення матеріалу в 10 — 11 класах дає змогу обґрунтовано розглянути проблеми, які супроводжують електрифікацію.

Енергоємність кожного елект­ричного приладу характеризує ту кількість теплоти, яку він викидає в атмосферу паралель­но з виконанням для нас ко­рисної функції. Відповідно до закону Джоуля—Ленца, якщо в провіднику йде електричний струм протягом часу Δt, елект­ричні сили виконують робо­ту А з переміщення зарядів у провіднику. Ця робота еквіва­лентна кількості теплоти Q, що виділяється та розігріває про­відник:

A = Q = IUΔt (4)

Користуючись законом Ома, останньому виразу можна на­дати вигляд

(5)

Потужністю електричних приладів називають величину , тому для визначення потужності можна користува­тися одним із виразів:

(6)

Фактично це означає, що кожний електричний пристрій, який ми використовуємо у по­буті, є нагрівальним приладом. Електрична лампочка потужні­стю 60 Вт для освітлення робо­чого місця одночасно нагріває кімнату, передаючи їй щосе­кунди 60Дж теплоти. Електрич­на праска потужністю 1 кВт ви­діляє щосекунди в навколиш­нє середовище 1000Дж теплоти. Телевізор потужністю 100 Вт, який працює протягом 3год щовечора, обігріває кімнату за цей час кількістю теплоти, що дорівнює 1,08МДж (для по­рівняння зазначимо, що такої кількості теплоти достатньо, щоб перетворити на пару майже 0,5кг води). Дивним для слухачів і досить показовим є такий факт. У розвинутих кра­їнах південних широт нормаль­ним явищем стає використан­ня кондиціонерів для охоло­дження повітря в житлових приміщеннях, тобто в замкне­ному об'ємі. Але кондиціонер, як звичайний електричний при­лад з номінальною потужністю 1 кВт, під час роботи обігріває навколишнє середовище, тоб­то атмосферу, отже, робить ва­гомий внесок у підвищення температури нашої планети: протягом однієї доби такий «на­грівник» виділяє 86,4МДж теп­лоти. Таким чином, кожний електроприлад сприяє глобаль­ному потеплінню, яке спосте­рігається в останні роки, тобто погіршує екологічний стан пла­нети в цілому.

Необхідно зазначити, що розв'язування технічної зада­чі зі зниження енергоємності приладів, підвищення ефек­тивності використання елект­ричної енергії супроводжуєть­ся соціальним явищем: збіль­шенням їх кількості. Отже, всі прилади, якими малопотужни­ми вони не були б, унаслідок їх великої кількості мають розсіяти у вигляді теп­лоти всю величезну електричну енергію, що генерується елект­ростанціями Землі. Виходячи з того, що майже 80 % елект­ричної енергії генерують теп­лові електростанції, основою яких є робота теплових двигу­нів, можна констатувати, що «теплове забруднення» того чи іншого регіону зростає пропор­ційно збільшенню енергоспо­живання в ньому.

Електромобіль — екологіч­них мінусів немає? Природним продовженням теми є обгово­рення електромобіля як аль­тернативи автомобілю з двигу­ном внутрішнього згоряння. У підручнику при обговорен­ні екологічних наслідків вико­ристання теплових двигунів, зокрема і двигунів внутрішньо­го згоряння, звертається увага на забруднення атмосфери хі­мічно небезпечними речови­нами — продуктами згоряння палива (CO, SO2, і т. ін.). На початку статті ми звернули ува­гу на інший негативний наслі­док — їх робота спричиняє теп­лове забруднення атмосфери внаслідок викиду теплоти.

Альтернативою вважають компактні електромобілі з дви­гунами, що мають електрич­ний привод. Фактично йдеться про те, щоб кожний автомо­біль мав свій власний акуму­лятор — джерело електричної енергії, потужність якого до­статня для підтримки руху ав­томобіля. Зазначимо, що в та­кий спосіб можна суттєво зменшити хімічне забруднення, але позбавитися «теплового забруднення» принципово неможливо. Справді, електричну систему такого електромобіля мож­на спрощено представити як замкнене коло (мал. 3), для якого закон Ома записують у вигляді

(7)

де — електрорушійна сила акумулятора; r − його внут­рішній опір; R − електричний опір усієї електромеханічної системи, в якій відбувається перетворення електричної енер­гії в механічну. Виходячи із за­кону Джоуля − Ленца, запише­мо для потужності, яка виді­ляється в опорі R, вираз у вигляді:

(8)



r
R



Мал. 8


З виразу (8) видно, що по­тужність мала у двох проти­лежних випадках: якщо опір R наближається до нуля, тобто R<<г, та якщо опір й надто ве­ликий порівняно з внутрішнім опором, тобто R>> r (у цьому випадку струм наближається до нуля). Отже, не викликає сумніву, що існує деяке опти­мальне співвідношення між зовнішнім (R) і внутрішнім (r) опорами. На оглядових занят­тях у 11 класі функцію P(R) можна дослідити на екстремум засобами математичного ана­лізу, тобто розв'язати рівнян­ня dP/dR = 0. У 10 класі мож­на побудувати графік функції P(R) по точках. Якщо, напри­клад, скористатися сталими значеннями, , r = 5Ом, a R змінювати від 0,5 до 10Ом з кроком 0,5 Ом, отримаємо 20 точок для будови графіка P(R) максимум припадає на середину діапазону, тобто R = r = 5 Ом. Обидва методи дають змогу зробити однознач­ний висновок, що електрична потужність максимальна за умо­ви, що R= r.

Перепишемо вираз (7) у ви­гляді . Підкреслимо, що обидві складові мають пев­ний фізичний сенс: перша ха­рактеризує спад напруги на зовнішній ділянці кола, дру­га − спад напруги в елементі. Помножимо ліву і праву части­ни на силу струму:

(9)

У цьому виразі — повна потужність, яку розви­ває джерело струму (акумуля­тор); — корисна по­тужність, яка виділяється на зовнішньому колі й може бу­ти перетворена в механічну енергію; — частина електричної потужності, яка марно затрачається на нагрі­вання акумулятора, тобто ви­кидається в навколишнє се­редовище. Отже, величина, яка характеризує ефективність (еко­номічність) роботи акумулято­ра, його ККД, визначається рівністю

(10)

Після скорочення, а також ураховуючи знайдену умову максимальної потужності в зов­нішньому колі, а саме, рівність R = r, отримаємо, що ККД іде­ального електромобіля, який розвиває максимальну потуж­ність, не може перевищувати 0,5, або 50 %. Причому ідеаль­ність у даному випадку озна­чає, що відбувається повне пе­ретворення (без зайвих тепло­вих втрат на тертя в механічній системі) електричної потуж­ності у механічну. Це озна­чає, що мопед, переведений із двигуна внутрішнього згорян­ня на електричний, щоб забезпечити механічну потужність 2 к. с. (1 к. с. = 736 Вт), щосе­кунди скидатиме в навколишнє середовище 1472Дж ≈ 1,5 кДж теплоти. На відміну від двигу­на внутрішнього згоряння ця теплота скидається не безпо­середньо в атмосферу, а через проміжний елемент — акуму­лятор, який нагрівається.

Отже, створення електро­мобіля не дає змоги уникнути «теплового забруднення атмо­сфери». Крім того, ситуація по­гіршується й тим, що викори­стання акумуляторів багатора­зового застосування потребує майже щоденного дозаряджання. А це означає, що його тре­ба під'єднувати до базового джерела струму вже у вигляді навантаження до зовнішнього елемента R (див. мал. 3). З мір­кувань, аналогічних викладе­ним вище, виходить: щоб за­рядити акумулятор і накопичи­ти електричну енергію 1,5 кДж, в ідеальному випадку в атмо­сферу необхідно віддати у ви­гляді теплової енергії не менш як 1,5 кДж. Отже, при вико­ристанні автономних джерел живлення теплове навантажен­ня на навколишнє середови­ще відбувається двічі: спершу в процесі заряджання, потім — у процесі використання.

На даному етапі учням мож­на пояснити один з аспектів науки екології.

Екологія вимагає знаходи­ти оптимальний баланс між мож­ливим і необхідним. Робота ав­тономного блока живлення в режимі максимальної потужно­сті на зовнішньому колі відбу­вається з низьким ККД (50 %), і тепловий викид в атмосферу чисельно дорівнює корисній електричній потужності. Якщо ми готові пожертвувати потуж­ністю, то можна суттєво збіль­шити ККД електричної систе­ми, яка складається з автоном­ного блока живлення і двигуна, і, як наслідок, зменшити теп­лові затрати, тобто поліпшити екологічні показники такої си­стеми.

Ана­лізуючи екологічні питання на уроках фізики, ми маємо змо­гу показати: причини еколо­гічних проблем, що постають перед людством, полягають не лише в недбалому користуван­ні природними копалинами чи невмілому співіснуванні з ро­слинним і тваринним світом. Досить серйозні екологічні про­блеми мають фізичне обґрунтування. На прикладі теплово­го забруднення як одної зі скла­дових глобального потепління необхідно створити в учнів уяв­лення про те, що екологічні проблеми — це зворотний бік науково-технічного прогресу. Екологічні проблеми, які його супроводжують, — це та ціна, котру людство повинно спла­тити природі за поліпшення умов свого життя: обігрівання житла, створення нових потуж­них систем зв'язку, енергоєм­них підприємств, розвиток транспорту, медичне обслуго­вування високого рівня і тому подібні звичні для нас елемен­ти сучасного життя. Зупинити науково-технічний прогрес не­можливо; завдання полягає в тому, щоб ціна сходження на наступний рівень нашого жит­тя не була надмірно високою.



      1. Розробка одного із видів занять

УРОК НА ТЕМУ: «ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА УКРАЇНИ»


Мета.

Навчальна:



  1. розкрити значення електроенергетики в господарстві;

  2. скласти характеристику різних типів електростанцій за планом;

  3. показати негативний вплив галузі на навколишнє середовище;

  4. ознайомитися з альтернативними джерелами енергії;

  5. сформулювати уявлення про енергетичну та екологічну проблеми в Україні та шляхи їх розв’язання.

Розвиваюча:

  1. навчити відбирати необхідний теоретичний і картографічний матеріал за поставленими завданнями;

  2. розвивати логічне мислення й учити робити висновки та узагальнення;

  3. розвивати зацікавленість роботи в групах.

Виховна:

виховувати національно свідомих громадян з почуттям бережливого ставлення до навколишнього середовища.

Тип уроку: урок-засідання

Обладнання: економічна карта України, контурна карта України, підручники: Заставного Ф.Д. - §16, Масляка П.О. - §24, 25, атлас – с.34, плакати про стан впливу галузі на навколишнє середовище, інструктивні картки.

Методи: бесіда — актуалізація знань; розповідь — значення галузі, галузевий склад, історія, становлення галузі.

Групова робота — характерис­тика типів електростанцій

Рольова гра — Green Peace, Комісія.

Робота в зошиті.

Робота на дошці.

Робота з атласом, картою.

Математичний метод — оцінка в балах.
Робота з додатковою літерату­рою — альтернативні джерела енергії.

Використання випереджаючих завдань — Green Peace.

Структура уроку та розподіл часу

1. Організаційний момент (1 - 2хв).

2. Початок уроку — 5хв (вступне слово вчителя, актуалізація знань, значення галузі й галузевий склад електроенергети­ки).

3. Підготовка класу до засідання Комісії — 2хв (розподіл завдань, інструктивних карток, представництво Green Peace).

4. Групова робота класу з підготовки до участі в засіданні — 5 - 7 хв.

5. Засідання Комісії (виступ представників груп)

Групі 1 (ТЕС) - 4 хв.

Групі 2 (АЕС) - 4 хв.

Групі 3 (ГЕС) - 2хв.

Заявнику (Green Peace) - 4хв.

Виступ представника Міністерства енергетики (1 - 2.хв) та заявника про альтернативні джерела енергії (2 - 3хв).

Підведення підсумків і проголошення постанови Комісії - 2 хв.

Закріплення вивченого матеріалу - 5 хв.

Підсумок уроку, оцінювання, домашнє завдання — 2 хв.


Підготовка до уроку
До проведення уроку-засідання Комісії частина учнів готується, заздалегідь отримавши попередні завдання. Виходячи з теми уроку, це можуть бути 2—3 учні, які імітують представників міжнародної організації Green Peace. Вони попередньо ознайомляться із загальними проблемами електроенергетики України, роботою електростанцій, що використовують альтернативні джерела енергії, історією становлення та географію поширення сонячних, вітрових електростанцій, відбирають фактичний матеріал, який свідчить про згубний вплив різних типів електростанцій на навколишнє середовище, готують оформлення.

Враховуючи те, що це урок-засідання Комісії, учитель готує завдання для її роботи у вигляді інструктивних карток, які допоможуть при підведенні підсумків, аналізу позитивних і негативних рис роботи різних типів електро­станцій, а оцінка зазначеного в балах допоможе Комісії винести правильне рішення. Щоб робота на уроці була продуктивнішою і зайняла мінімум часу, треба використати інструктивні картки для групової роботи на уроці. Виходячи з теми, групи складають характеристику теплових, атомних і гідроелектростанцій України. На уроці вчитель виконує роль ведучого, який визначає послідовність виступів, вносить корективи у відповіді учнів, допомагає Комісії в проведенні засідання та прийнятті постанови.


ХІД УРОКУ
1. Організаційний момент

Постановка мети, завдання, повідомлення типу уроку, відомості про наявність учнів, які виступають на уроці в ролі осіб, що звернулись у Комісію із заявою (заявники) і є представниками міжнародної організації боротьби за чистоту навколишнього середовища (Green Peace), формування груп за типами електростанцій (по рядах). Учитель рекомендує учням джерела необхідної інформації (підручник, атлас, таблиця, додаткова література), роздаються інструктивні картки, в які ввійшли питання типового плану характеристики галузі промисловості і таблиця, куди заноситься отримана інформація (план-конспект). Члени Комісії розміщуються за партою перед класом, одержують інструктивні картки, а представники заявника — з протилежного боку. Групи отримують листки завдань. На партах виставляються відповідні таблички. Вчитель повідомляє, що наприкінці уроку кожна група обере кращого працівника підрозділу. Це буде учень, який проявить найбільшу активність, виявить кращі знання з теми.


2. Актуалізація знань

Пригадайте та наведіть приклади використання електроенергії в домашньому господарстві.

Які галузі входять до ПЕК?

Чому електроенергетику вважають галуззю НТП?

За яким планом характери­зують галузь промисловості?
3. Вивчення нового матеріалу

Підсумовуючи відповіді учнів, учитель розкриває значен­ня електроенергетики, зауважує, що енергетичне господарство на­лежить до найстаріших в Україні, наводить факти використання енергії річок у минулому та викриття першої електричної станції в Києві в1890 р.

На дошці малюють схему га­лузевого складу електроенергети­ки, і клас переходить до групової роботи за отриманими завданнями.
4. Підготовка класу до засідан­ня Комісії

Учитель. Сьогодні у нас на уроці відбуватиметься відкрите засідання Комісії за заявою Green Peace до Міністерства енергетики України щодо проблем забруднен­ня навколишнього середовища, пов'язаних з роботою підприємств цього міністерства. Представники Green Peace (відрекомендовує учасників) підготували виступи (таблиці та схеми) для доведення своїх тверджень(див. додаток).

Міністерство енергетики на сьогоднішньому уроці репрезен­тують групи учнів (для зручності вчитель ділить клас на групи по рядах):

1 група — спеціалісти з ТЕС (1 ряд);

2 група — спеціалісти з АЕС (2 ряд);

3 група — спеціалісти з ГЕС (З ряд).

Кожна група через 5 - 7хв ро­боти за завданням, використову­ючи навчальні джерела, що їх має, доповідає Комісії про свою роботу. На основі цього Комісія виставляє групі певну кількість балів. Крім того, на сьогоднішнє засідання завітав спеціаліст з альтернативних джерел енергії (відрекомендовує учня), який до­повість нам цікаві факти.
5. Групова робота класу

Учні заповнюють план-конс­пект уроку, кожна група відпові­дну колонку (див. таблицю 1 до­датка).


6. Засідання комісії

Головуючий. На сьогоднішнє засідання зібралась велика гро­мада. Розглянемо заяву гро­мадськості в особі Green Peace, яка ставить питання про істотний перегляд структури електроенергетики України у зв'язку з вели­ким навантаженням наслідків її роботи на природне середовище та погіршенням екології довкіл­ля. Тому Комісія заслухає висту­пи й проведе оцінку проблем і перспектив розвитку електрое­нергетики України. Виступають представники кожної групи. На дошці заповнюється таблиця 1 (план-конспект уроку), яка відображає характеристику галузі електроенергетики. Під час розг­ляду географії галузі вчитель на настінній контурній карті Украї­ни наклейками відповідного ко­льору наносить назви електро­станцій, після чого учні роблять висновок про райони найбільшо­го зосередження електростанцій та принципи їх розміщення.


7. Обговорення

1 етап: члени комісії допові­дають попередню оцінку роботи різних типів електростанцій (див. таблицю 2 додатка).

2 етап: виступ представників Green Peace з обґрунтуванням змін структури електроенергетики Ук­раїни. Вивішуються таблиці та схеми додатка. Заявник доводить необхідність:

корінних змін структури промисловості України запровадження енергозберігаючих технологій;

уведення нових технологій спалювання вугілля з метою підвищення ефективності вико­ристання палива;

3) уведення сучасних при­строїв та їх систем;

4) подальшого широкого впровадження та використання нових альтернативних джерел енергії;

5) економного витрачання гро­мадянами електричної й теплової


енергії.

Головуючий. Для ознайомлення громади з прикладами викори­стання в Україні та світі альтер­нативних джерел енергії слово надається спеціалісту. Він наво­дить факти, які широко представ­лені в параграфі 25 нового підручника П. О. Масляка, та позначає відповідними наклейками на контурній карті України СЕС та ВЕС, які діють у державі.


8. Підведення підсумків

Слово надається Комісії. Здійснюється узагальнююча оцін­ка (див. таблиці 4,5), та своє рішен­ня про перспективи розвитку) елек­троенергетики України доповідає головуючий (див. таблицю 6).


9. Закріплення вивченого

Учитель проводить перевірку вивченого матеріалу за тест-кон­тролем, що складений відповідно до рівнів знань. Здійснюється взаємоперевірка учнів.


10. Підсумок уроку

Учитель оголошує подяку уч­ням, членам Комісії за змістовну й творчу роботу, відзначає опера­тивність, науковість та повноту проведеної роботи й ставить оцінки за активність роботи груп на уроці, надає членам комісії право визначити найактивніших спеціалістів у кожній групі.


11. Домашнє завдання: повторити план-конспект, підготуватися до практичної роботи.


Інструктивна картка 1

ПЛАН - КОНСПЕКТ УРОКУ

Завдання:

  1. заслухавши відповіді представників, зробити оцінку розвитку тепло-, гідро- та атомної електроенергетики в балах (до 5 балів) (див. таблицю 2).



2) зробити висновок про перспективи розвитку різних типів електростанцій в Україні з метою розв’язання енергетичної проблеми (див. таблицю 3).

Таблиця 1




ТЕС

АЕС

ГЕС

Обсяг виробленої електроенергії

Особливості електростанцій


Енергоносії (назва, ступінь забезпеченості)

Географія галузі:



  • Захід

  • Придніпров’я

  • Донбас

  • Південь

Принципи розміщення

Собівартість


1)

1)





2)

2)


ЛИСТ ОЦІНКИ РОБОТИ РІЗНИХ ТИПІВ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ



Таблиця 2

Критерій оцінки

ТЕС

АЕС

ГЕС

Особливості електростанцій

На яких енергоносіях працює, ступінь забезпеченості

Собівартість електроенергії

Географія галузі:



  • Захід

  • Придніпров’я

  • Донбас

  • Південь

Вплив на навколишнє середовище










ЛИСТ ОЦІНКИ РОБОТИ РІЗНИХ ТИПІВ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ, у балах



Критерій оцінки

ТЕС

АЕС

ГЕС

Особливості електростанцій

На яких енергоносіях працює, ступінь забез-

печеності

Собівартість електроенергії



ТЕЦ виробляють тепло й енергію, але діють на короткі відстані = 2

ДРЕС мають великі потужності = 3

Кам’яним вугіллям повністю себе забезпечують. Газу, мазуту недостатньо, завозять з Росії, Туркменістану = 4

Висока = −4



Стабільність роботи = +4

Уранові руди в Україні є, але переробка їх у ядерне паливо здійснюється в Росії = 3

Дуже висока = −5


Потужність невелика, але ГАЕС можуть акумулювати енергію і виробляти її в пікові періоди = +2

Енергія води незначна у зв’язку з тим, що річки України переважно рівнинні = 2


Незначна = +2






З урахуванням кількості електростанцій в регіоні

Географія галузі:

  • Захід

  • Придніпров’я

  • Донбас

  • Південь

Вплив на навколишнє середовище

2

3



5

1

-5


5

0



0

1

-5


2

5



0

0

-3



Таблиця 4


Таблиця 5


Місця розподілилися так

+ риси

1 місце − ТЕС

2 місце − АЕС, ГЕС

3 місце −


− риси

1 місце − АЕС

2 місце − ТЕС

3 місце − ГЕС

УЗАГАЛЬНЮЮЧА ОЦІНКА

Загальна кількість балів

ТЕС

АЕС

ГЕС

+ риси

20

13

13

- риси

-9

-10

-3

Разом

11

3

10

УЗАГАЛЬНЮЮЧА ОЦІНКА

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКИ
Таблиця 6


Тип

електростанції

Зростання ↑

Зменшення ↓

На тому ж рівні =

Пояснення

ТЕС

АЕС


ГЕС

ВЕС, СЕС (альтернативні джерела енергії)



↑(незначне)

=




Насамперед слід здійснити переоснащення виробництва з метою розв’язання екологічної проблеми. За таких змін можливе навіть зростання обсягу виробництва.
Сьогодні відіграє значну роль у виробництві електроенергії, але говорити про зростання обсягу виробництва зарано. Вірогідніше всього, що виробництво залишиться на тому ж рівні у зв’язку з проблемами зупинки реакторів і утилізації відходів.
З метою розв’язання енергетичної проблеми можливе використання енергії малих річок, які допоможуть забезпечити електроенергією місцеві потреби й підключення їх до ЛЕП.
Використання альтернативних джерел енергії, які є невичерпними, надасть можливість Україні розв’язати енергетичну проблему. Враховуючи те, що ці джерела енергії є екологічно чистими, це призведе до поліпшення стану навколишнього середовища й збереження природної рівноваги.

Умовні позначення: ↓ − зменшиться, ↑ − збільшиться, = − залишиться сталим.
Тест-контроль


Сировинна база

електроенергетики



Схема 1
Завдання 1: Заповнити схему 1

за зразком.
Завдання 2: Заповнити схему 2

галузевого складу електроенерге

тики, позначити обсяг виробниц-


уранові руди

тва електроенергії (або місце).
Завдання 3: Внести назви пере-

важаючих типів електростанцій



Таблиця 7


за регіонами України в запропоновану

схему 3 “Географія електроенергетики




Тип електростанції

Обсяг виробництва

Проблеми галузі

ТЕС

АЕС


ГЕС

Альтернативні джерела енергії











Завдання 4: Заповнити таблицю 5

Перспективи розвитку електроенергетики”




Електроенергетика







%

місце


%

місце



%

місце




Географія електроенергетики

Захід

Придніпров’я

Донбас

Південні райони

1.

2.

1.

2.

1.

2.



Таблиця 10





Таблиця 8





Перспективи розвитку

Тип електро-

станції

Зростання ↑

Зменшення ↓

На тому ж рівні =

Пояснення

ТЕС

АЕС


ГЕС

ВЕС, СЕС











Таблиця 9

УЗАГАЛЬНЮЮЧА ОЦІНКА



Місця розподілись так

+ риси


1 місце −

2 місце −

3 місце −


− риси

1 місце −

2 місце −

3 місце −




Загальна кількість балів

ТЕС

АЕС

ГЕС

+ риси

- риси











Разом













Безперечно, що показником економічного рівня розвитку країни є стан її енергетики. У зв'язку з неминучим виснаженням у майбутньому запасів нафти, вугілля та сланців світова наука звернула свій погляд до відновних джерел енергії, яка може бути отримана з лісової деревини, біомаси трав'янистих рослин, а також горючих продуктів їх переробки. Бразилія та США вже почали використовувати цукрову тростину та солодке сорго для виробництва спирту у якості пального замість бензину. Кавасу, картоплю, солодке сорго, цукровий буряк, кукурудзу також використовують як сировину для виробництва пального. У США, КНДР, Індії проводяться роботи по використанню біомаси водяного гіацинта, чортополоху та інших рослин для одержання метану та органічних добрив. Агроенергетика може стати реальним конкурентом іншим галузям промисловості.

Одним із важливих резервів ефективного природокористування є утилізація сировини, рівень якої нині надзвичайно низький. На сьогодні утилізується приблизно 1% від маси використаних природних ресурсів, а решта 99% безповоротно втрачається.

Важливим джерелом сировини та енергії є побутове сміття. У річному об'ємі побутових відходів США міститься 34 млн. т паперу, 13 млн. т скла, 15 млн. т чорних і 1 млн. т кольорових металів. Теплотворна здатність побутового сміття така, що воно може бути використане для опалення. Так Париж вже на 30% опалюється за рахунок побутового сміття. У ФРН була отримана таким чином енергія, якої було достатньо для побутового обслуговування 25% населення країни. Виробництво алюмінію, сталі, паперу з вторинної сировини дозволяє економити відповідно 75, 60 та 70% енергії у порівнянні з виробництвом їх з первинної сировини. Переробка кожної тонни макулатури рятує від вирубки приблизно 17 дерев. Таким чином, регенераційне виробництво набуває все ширшого розвитку.



АЕС не потребують кисню і не забруднюють атмосферу вуглекисло­тою, попелом, сіркою та ін. продуктами згорання. Основне забруднення від атомних установок — теплове. У сучасних АЕС, реактори яких працюють на теплових нейтронах, використовують ізотоп урану (уран-235), вміст якого у природному урані — 0,7%. Вивчається питання про можливість поєднання реакторів на теплових та шкідливих нейтронах.

Надзвичайно важливим джерелом енергії є джерело, що засноване на внутріядерних процесах. Теплова та електрична енергія можуть бути отримані як у результаті реакцій руйнування атомного ядра, так і в результаті реакцій синтезу ядер легких атомів (термоядерна енергія). В атомній енер­гетиці основна проблема — це передусім проблема ядерного палива. За останніми оцінками Світової агенції з атомної енергетики, природні запаси урану складають таке джерело енергії, що у 15-20 разів перевищує сукупні енергетичні запаси вугілля, нафти, природного газу і горючих сланців.

Відмінною особливістю термоядерного процесу є не розщеплення ядра, як у випадку атомної енергії, а синтез атомних ядер. Початком пошуку нового джерела енергії були атомна і воднева бомби. До термо­ядерних реакцій краще вступають важкі ядра атомів водню (тритій). У зв'язку з дослідженнями у галузі термоядерного синтезу слід згадати повідомлення щодо ядерного синтезу при кімнатній температурі. Йдеться про синтез важкої води з використанням паладію у якості електроду. Але після багатьох перевірок це повідомлення не знайшло подальшого прак­тичного підтвердження.

На сучасному етапі увагу вчених та спеціалістів привертає проблема використання сонячної енергії та тепла земних надр для потреб енерге­тики великої потужності.

Сонце надсилає до Землі колосальну кількість енергії, набагато більшу за ту, яку можна отримати за допомогою термоядерного синтезу. Але Земля отримує сонячну енергію у розсіяному вигляді та у певні проміжки часу. Тому для її практичного використання необхідна розробка ефектив­них та економічно прийнятних засобів акумуляції, зберігання та транс­формування сонячної енергії. Однією з можливостей кращого викорис­тання енергії Сонця є інтенсифікація сільського господарства зі збільшен­ням ККД фотосинтезу рослин. Вчені висунули ідею здійснення штучного фотосинтезу поза організмом, у спеціально відібраних хімічних системах, з метою отримання хімічної енергії і трансформування її в електричну. Реалізація цієї ідеї не призведе до нагрівання Землі, а отже і до змін клімату, і не буде отруювати довкілля шкідливими речовинами.

Технології використання сонячної енергії приділяється велика увага, оскільки завдяки їй людство матиме безмежне та екологічно чисте джерело енергії.

Основою використання нагрітих сонцем вод Світового океану з господарською метою є метод конверсії — використання різниці температур між нагрітими поверхневими та більш глибинними шарами води. У США та Японії вже здійснюються програми по використанню теплової енергії океану. Позитивні якості конверсійних теплоелектростанцій по­лягають у тому, що вони здатні працювати 24 години на добу, не забруднюючи при цьому навколишнє середовище.

Вчені працюють над проектами космічних електростанцій — грандіоз­них енергосупутників, які за допомогою сонячних батарей будуть отриму­вати електроенергію, трансформувати її у потік мікрохвиль і спрямовува­ти на приймальні антени на Землі. Порівняно із наземними такі станції матимуть ряд переваг, а саме:

  • отримуватимуть у 4-10 разів більше сонячної енергії,

  • трансформуватимуть сонячну енергію безперервно, за виключен­ням часу перебування у тіні Землі (72хв на добу),

  • не зазнаватимуть впливу атмосферних явищ Землі,

  • матимуть зменшену вагу конструкцій,

  • дозволять створювати приймальні пристрої на Землі безпосередньо біля споживачів,

  • впливатимуть на стан довкілля у межах допустимих нешкідливих норм.

Перспективним джерелом енергії може стати геотермальна енергія, яку нині використовують у незначних кількостях. Для перетворення геотермальної енергії в електричну до цього часу використовувалася лише природна пара у районах порівняно недавньої вулканічної діяльності. На сучасному етапі інтенсивно досліджується можливість отримання енергії у великих масштабах за рахунок внутрішнього тепла Землі, що дозволить використовувати нове потужне джерело енергії. Але технології цього процесу знаходяться на початкових етапах розвитку.

Сонячна та геотермальна енергії мають використовуватись для потреб так званої малої енергетики: опалення будівель, опріснення води, у двигунах насосів тощо. Якщо врахувати, що 40% всієї використовуваної у світі енергії йде на опалення житла, то використання сонячної енергії та геотермальних вод з цією метою може дати вагомий економічний та екологічний ефекти.



Нові джерела енергії (ядерна, геотермальна та енергія океанів) е практично невичерпними, але жодне з них не може транспортуватись безпосередньо і не може бути використане в якості пального у транспортних засобах. Сполучною ланкою між первинним джерелом енергії та енергоспоживачами може стати воднева енергетика з воднем у якості енергоносія. Останній легко відновлюється і майже не забруднює оточуючого середови­ща. Необхідно підкреслити, що перспективними для водневої енергетики можуть бути лише ті способи отримання водню, що базуються на використанні води у якості початкової сировини. Нині водень у 3-4 рази дорожчий за викопне паливо, але дослідження та інженерні розробки дозволять у майбутньому зменшити його вартість і наблизити до вартості викопного палива. Більшість спеціалістів вважає водневу енергетику найк­ращою у економічному та екологічному відношеннях і розглядає її, як сполучну ланку між новими джерелами енергії та споживачами.

Вирішення проблеми енергетичних ресурсів — умова подальшого розвитку виробництва та передумова зменшення забруднення довкілля.

Безперечно, що наявний виражений діалектичний зв'язок між розвит­ком енергетики і впливом цього процесу на якість оточуючого середови­ща: перша поступово перетворюється на екологічно чисту і стає базою для нової безвідходної та маловідходної технології, яка не забруднює середо­вище або ж забруднює його у межах допустимих норм.

Паливно-енергетичні ресурси можуть бути збережені у результаті вторинного використання вже отриманого тепла. Так, гаряча вода ТЕС надходить для опалення житлових приміщень та у тепличне господарство. Є й інші можливості економії паливних ресурсів. Наприклад, викорис­тання високотермальних вод для підземної виплавки сірки знизить собівартість продукції у 3-5 разів. Багато житлових приміщень на Близь­кому Сході та в Японії вже забезпечуються гарячою водою від сонячних термоустановок.



Все це сприяє більш економній витраті мінеральних ресурсів і збере­ження їх запасів. Разом з тим найбільш раціональним і ефективним засобом є переробка відходів промисловості, яка одночасно з найбільш повним, комплексним використанням природної сировини вирішує і питання інженерного захисту від забруднення літосфери, і, таким чином, зменшує вплив шкідливих речовин на біосферу.

У хімічній промисловості найбільший об'єм твердих відходів спосте­рігається на виробництві мінеральних добрив і кислот (часто це фос­фогіпс). Частково фосфогіпс може бути використаний як низько концен­троване мінеральне добриво для сільськогосподарських угідь. Утилізація фосфогіпсу можлива у цементній промисловості (як мінералізатора), при хімічній меліорації солончакових ґрунтів, для отримання сульфату амо­нію, цементу, сірчаної кислоти, гіпсових в'яжучих виробів. У результаті утилізації нефелінових "хвостів" можна отримати такі цінні і дефіцитні продукти, як сода, поташ, цемент, глинозем, сульфати калію та натрію. Відходи сірчанокислого виробництва — піритні огарки,— доцільно вико­ристовувати для добування кольорових металів, у виробництві чавуну та сталі, сільському господарстві, але поки що вони використовуються лише у цементній промисловості.

Відходи виробництва органічних продуктів, особливо при переробці нафти (кислі гудрони), можуть бути використані з метою отримання сірчистого ангідриду, високосірчаних коксів, бітумів тощо.

Відходи процесів газифікації твердого палива можуть бути утилізовані
шляхом використання у шихті для коксування та в інших технологічних
схемах.

Відходи вуглезбагачення можуть з успіхом використовуватись як вихідна сировина для цегельних заводів.

Утилізація відходів чорної металургії — шлаків,— дозволяє замінити 10% товарної залізної руди. Доменні шлаки можуть використовуватись у якості сировини для будівництва. Сталеплавильні шлаки застосовуються для виробництва щебеню. Шлаки кольорової металургії використовують для видобутку заліза, нікелю, цинку та інших металів.



Основна маса шлаків і золи теплоелектростанцій (ТЕС) є сировиною для виробництва будівельних матеріалів (цемент, дорожні покриття). Так у харківському автодорожньому інституті на базі відходів хімічної і коксо­хімічної промисловості розроблено склад дорожніх бетонів, які стійкі до дії агресивних середовищ, та покриттів для тваринницьких комплексів.

У сучасних умовах розвитку виробництва використання вторинних ресурсів стало однією з основних проблем, пов'язане зі значним змен­шенням запасів природних сировинних ресурсів, із нагромадженням відходів, які містяться на обширних територіях і є джерелами інтенсивно­го забруднення довкілля.



Для народного господарства України характерною є висока питома вага галузей, які добувають і переробляють природну сировину, відходи виробництва складають більше 1,6млрд. т у рік, що складає більше 30 т на одиницю населення.

Вражає, що під відвали та відстійники зайнято 100 тис. га землі.

Значний економічний ефект може мати будівництво підприємств по виробництву цегли, а також матеріалів на основі шлаколужних, вапняко­вих та шлакозольних в'яжучих компонентів безпосередньо біля великих відвалів.

Одним з основних принципів переробки побічних продуктів є комп­лексність використання методів впливу на вторинну сировину і отриман­ня матеріалів.

Таким чином, використання вторинних ресурсів — актуальне народногосподарське завдання, основним стимулюючим фактором вирішення якого є відсутність у цій області замовника, який повинен забезпечити не лише проведення науково-дослідницьких робіт, але й організацію виробничих підприємств.



Однак будівництвом навіть самих оригінальних очисних споруд вир­ішити питання зменшення шкідливих викидів неможливо і єдиним технічно правильним і економічно вигідним шляхом вирішення цієї проблеми є створення маловідходних та безвідходних екологічно безпеч­них технологій і виробництв.

Можна виділити чотири основні напрямки, за якими повинне відбу­ватись удосконалення безвідходних технологій, а саме:

  • розробка принципово нових процесів отримання продукції, які дозволяють виключити і замінити стадії, що продукують основну масу відходів,

  • створення безстічних технологічних систем і водооборотних циклів
    на основі наявних та перспективних засобів очистки стічних вод,

  • розробка системи переробки відходів, які використовуються як
    вторинні матеріальні ресурси,


  • створення територіально-промислових комплексів.

Необхідно вжити невідкладних заходів для припинення викидів газів, які викликають парниковий ефект. Тільки таким чином можна зупинити катастрофічні зміни клімату, які негативи впливають на екосистеми і соціально-економічне становище, в тому числі на забезпечення харчовими продуктами і водними ресурсами, а також на стан здоров'я населення.

Останні наукові дослідження показують, що викиди "парникових" газів зараз помітно впливають "з боку людства и клімат у глобальному масштабі". В рамках Конвенції ООН з питань змін клімату, яку підписали промислове розвинуті країн, останні зобов'язались зменшити викиди "парникових" газів до 2000 року до рівня 1990 року. Але навіть ця скромна мета є недосяжною для більшості країн. Хоча досягнуто деякого прогресу, все ж таки залишається гостра необхідність подальшого зменшення цих викидів після 2000 року. Більшість неурядових суспільних організацій закликають до прийняття юридично підтверджених зобов'язань скоротити в промислових країнах викид СО2 на 20% до 2005 року. Необхідно також визначити мету на 2010 і 2050 роки для того, щоб дати поштовх виробникам і проектантам для розробки нових технологій і внесення структурних змін, необхідних для досягнення скорочення у майбутньому.
Про що говорять вчені.

Головна мета конвенції ООН щодо змін клімату полягає в тому, кліматичні зміни повинні бути обмежені для того, щоб "дати можливість адаптуватись природним екосистемам, забезпечити необхідне виробництво продуктів харчування і розвивати економіку екостійким чином". Групою радників з питань парникових газів показано, попередження небезпечної зміни клімату потребує:

  • встановлення швидкості змін глобальної температури на рівні менше 0,1°С за 10 років;

  • попередження глобального опосередкованого потепління навіть в далекому майбутньому на величину, яка перевищує 1°С в порівнянні з доіндустріальною епохою;

  • затримання підвищення рівня води у Світовому океані в межах 20см.

Дані Міжнародної комісії з кліматичних змін свідчать про те, що тільки вплив попередніх викидів за останні 20-30 років приводить до підвищення глобальної температури на 1°С, що в порівнянні з доіндустріальною епохою, ясно показує гостроту цієї проблеми. Чим далі ми будемо затягувати, тим радикальніших заходів вимагатимуть від нас у майбутньому, тому що більшість парникових газів мають тривалий період існування в атмосфері, постійно накопичуючись у ній.

Будь-яка затримка в діях, спрямованих на попередження зміни клімату, буде протидіяти принциповій рівноправності поколінь. Це підкреслюється в конвенції ООН з проблем клімату і для виконання наших зобов'язань наша майбутня діяльність обов'язково повинна базуватися на концепції зменшення викидів на душу населення до 2050 року у всіх країнах.

Використана література


    1. Фізика та астрономія в школі. -2007. -№1. с.17-21

    2. Педагогічний пошук – 2005. - №4 – с.36-38.

    3. Наука и школа.-2005 - №5 – с. 43-47

    4. Все для вчителя. -2005 - № 7-8 –(с. 63-64).

    5. Екологізація енергетики: (навч. посіб.). Ред. Н.А. Серебрякова – К:Вища освіта, 2002 – 110[1]c.

    6. Альтернативні палива та інші нетрадиційні джерела енергії: Підручн. під ред. В. Льотко.- Івано-Франк.: Полум’я 2000 – 255с.

    7. Енергетичний потенціал нетрадиційних джерел енергії України-К: 2002 – 211с.

    8. Використання енергії Сонця. Паранчич С.Ю. Навч. посіб. (ред.Фрасуняк В.М.) Чернівці: Рута, 2002 – 47с.

    9. Передові та ресурсозберігаючі технології в енергетиці: (Уклад. В.О. Кривошей). Х: 2003 – 43с.

Каталог: Bio
Bio -> Одномембранні органели Матеріали до уроків у 10 кл. Органели клітин
Bio -> Ультраструктурні основи патології клітини. Порушення структури та функції мембран
Bio -> Робоча програма навчальної дисципліни «біологічна хімія» спеціальність 12020101
Bio -> Лекція гормони. Молекулярні механізми передачі гормонального сигналу
Bio -> Інститут біології
Bio -> Державний вищий навчальний заклад
Bio -> Методичні рекомендації по вивченню дисципліни Дисципліна «Екологія міських систем»
Bio -> Булава Леонід Миколайович Полтава 2010 Робоча навчальна програма
Bio -> Тема: Біологічні основи гельмінтології. Класифікація гельмінтів. Принципи взаємодії паразита й хазяїна
Bio -> Програма дисципліни «стійкість рослин»


Поділіться з Вашими друзьями:
1   2




База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2020
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка