Глава I. Ядерное топливо

РЕФЕРАТ

 

по теме: Горячие источники

 

Выполнила:

ученица 9 «А» класса

Данилова Наталья

Руководитель:

Зимина Г. Н.

учитель географии

 

2009 г.

 

Оглавление

Введение ……………………………………………………………………………   3

Глава I. Ядерное топливо ………………………………………………………….   4

Глава II. Солнце……………………………………………………………………. 5

Глава III. Биотопливо ……………………………………………………………… 11

Глава IV. Вода……………………………………………………………………… 13

Гидроэлектростанции……………………………………………………. 13

Приливные электростанции…………………………………………….. 14

Использование энергии волн……………………………………………. 17

Использование термической энергии……………………………….. … 18

Глава V. Ветер…………………………………………………………………….... 19

Глава VI. Геотермальная энергия…………………………………………………. 28

Заключение………………………………………………………………………… 30

Список литературы и Интернет – ресурсов………………………………………. 33

Приложения………………………………………………………………………….34

 

Введение

Вся история человеческой цивилизации связана с освоением новых источников топлива и энергии. Человечество проделало огромный путь в деле использования различных источников энергии. Например, известно, что древние египтяне применяли нефть для обогрева, освещения, изготовления лекарств. В наше время энергетика оказывает огромное влияние на развитие и размещение производства. Всё чаще мы слышим о том, что энергетика «управляет миром».

Когда на уроках экономической географии России я знакомилась с топливно – энергетической отраслью и электроэнергетикой, меня заинтересовали слова преподавателя о нетрадиционных источниках энергии. Захотелось узнать больше о том, что это за источники, какие виды альтернативных источников существуют, и как человек уже сумел их использовать. Хотелось узнать о перспективах использования этих источников и в связи с их экологической чистотой. По радио, телевидению, в разговорах с другими людьми, всё чаще слышишь слова о том, что всё меньше и меньше становится нетронутых уголков природы, загрязняются реки, озёра, моря и океаны. Человек, по словам учёных, стал главной природоизменяющей силой. «Завоёвывая» природу, люди в значительной степени подрывают собственную безопасность. Ведь недаром возникло даже понятие об экологическом кризисе, всё чаще тот или иной район мира характеризуют как район с катастрофической ситуацией. Возникла и мировая экологическая угроза в виде неконтролируемого изменения климата Земли, о парниковом эффекте говорят как о вполне реальном факте.

Тепловые электростанции появились в конце 19 века и к 1970-м стали самым распространенным видом электростанций в мире. Они вырабатывают тепловую энергию, которая выделяется при сжигании органического топлива (нефти и газа), и преобразуют ее в электрическую. В котельных тепловых электростанций (ТЭС) получают водяной пар высокого давления, сжигая в топках каменный уголь, природный газ или торф. Пар вращает турбины, соединенные с генераторами. А отработанный пар и горячую воду используют для обогрева домов и теплиц.

В 1900 году планета потребила дотоле невиданное количество энергии - 0.7 тераватт. Это стало началом энергетической гонки XX века, в ходе которой люди истратили огромное количество ископаемого топлива и даже, как считают многие ученые, несколько изменили климат.

Сегодня мы продолжаем зависеть от производства углеводородного и ядерного топлива: в 2004 году общемировое потребление энергии составило 15 тераватт, из них 86,5% было произведено за счет ископаемых источников. На них строится процветание мировых экономик, но они же создают и массу проблем: парниковые газы, загрязнение окружающей среды и политические баталии за доступ к месторождениям. Газы, скапливаются в верхних слоях атмосферы, формируют нечто вроде парниковой пленки (отсюда и название вредоносного эффекта), не давая на планете рассеивать излишки тепла в космос. Поэтому и спорят ученые, что произойдет раньше: исчерпание запасов ископаемых источников (по разным оценкам осталось еще на 70 - 150 лет) или глобальная климатическая катастрофа [4].

В ближайшие сто лет человечество может полностью исчерпать запасы нефти и газа. Грозит ли человечеству перспектива вернуться в каменный век? Чем грозит и грозит ли «парниковый эффект»?

Даже на бытовом уровне люди всё больше и больше задумываются о том, насколько благоприятна для их здоровья ситуация в квартире, в городе, в стране, в мире. Многочисленные проблемы с ископаемыми запасами побуждают людей возвращаться к тому, с чего цивилизация начинала, - к возобновляемым источникам, таким как биотопливо и ветряные мельницы. Рано или поздно человечеству придётся отказаться от традиционных источников энергии.

Я решила выяснить, что делается в мире для нормального экологического развития, сохранения и преобразования окружающей среды в интересах всего человечества и каждого человека. По совету преподавателя я перечитала довольно много журналов GEO, искала материал в сети Интернет.

Оказалось, что в мире довольно много делается в этом направлении. В результате знакомства с новым для меня материалом, я выяснила для себя, что в мире ведётся большое количество научных разработок в поисках всё более новых и всё более совершенных способов получения энергии. Это, в конечном итоге, поможет сделать жизнь отдельного человека и человечества вообще комфортнее, результаты этих поисков могут помочь человечеству не вернуться в каменный век в результате истощения традиционных источников энергии.

Задачи, которые я перед собой ставила:

1) Сбор материала по теме реферата и его обработка.

2) Обобщение обработанного материала.

3) Выводы о проделанной работе.

4) Оформление обобщенного материала.

5) Подготовка презентации.

6) Презентация реферата.

Моя работа состоит из шести глав. Мной были изучены и обработаны материалы 12 литературных источников, среди них периодические издания и Интернет-сайты. Оформлено приложение, в котором содержатся фотографии, а также подготовлена презентация, сделанная в редакторе Power Point.

Глава I. Ядерное топливо

Древняя энергия большого взрыва обеспечила практически неисчерпаемые запасы топлива. На атомной электростанции (АЭС) ядерная энергия превращается в электрическую. Для этого в атомный реактор помещают спрессованные изотопы в тепловыделяющие элементы. Ходом реакции управляют при помощи стержней с веществом, поглощающим нейтроны. Реактор омывается водой под давлением, которая нагревается до температуры несколько сот градусов. Она, в свою очередь, греет и испаряет воду в теплообменниках, и пар вращает турбины [4].

Элементарные частицы, входящие в состав атомов ядерного топлива, как и углеводороды, добывают из земной коры. Правда, сегодняшние технологии позволяют использовать строго определенные атомы - только урана, а его запасы не так уж и велики. Многие западные страны сворачивают АЭС из-за их небезопасности: укрощенный атом может восстать против человека и природы - как при аварии, так и при хранении радиоактивных отходов [4].

Тем не менее, фирма Toshiba собирается начать выпуск компактных (20х16х11м) генераторов 4S, заряженных ядерным топливом на 30 лет, их мощности будет хватать на посёлок с населением 700 человек (См. Приложение 1).

В ходе ядерной реакции не образуется парниковых газов. Правда, вместо этого возникают отходы, которые необходимо захоронить, и это большая проблема.

Факты

 Средний по мощности реактор производит за год 25 - 30 тонн отходов. В США накоплено 50 тысяч тонн ядерных отходов, и безопасными они станут лишь через 10 тысяч лет [4].

В 2007 году в мире работали 442 атомных реактора - в 31 стране.

На сегодня атом дает 15,7% мирового электричества.

Глава II. Солнце

 Солнце ежегодно посылает на Землю излучение, энергия которого в 8000 раз превосходит наши нужды (См. Приложения 2,3,4). По мнению учёных из немецкого города Фрайбург, лучшая альтернатива ископаемым углеводородам – это энергия, которую посылает нам Солнце. Самое простое решение - взять энергию напрямую, посредством солнечных батарей. Использовать его энергию - что может быть чище и безотходнее? Хотя предстоит решить еще ряд проблем [4].

Во-первых, эффективность действующих солнечных генераторов настолько низка, что если площадь, на сегодняшний день занятую батареями, засеять растениями и сжигать их, энергии получится больше. Пока солярно-термические установки покрывают лишь сотые доли процента общемировых энергетических потребностей [4].

Во-вторых, необходимы технологии, которые позволят запасать энергию в солнечные часы (дни, сезоны), чтобы было из чего производить электричество при малой освещенности. Так, в качестве запасника энергии пытаются использовать подземные резервуары с водой, которая днем превращается в пар - его можно использовать ночью [4].

В наши дни под создание солнечных электростанций используют безжизненные пустыни. Но и тут возникает проблема: доставка электричества на дальние расстояния приводит к потерям при передаче.

 Если совершенствование технологий повысит продуктивность солнечных генераторов, а также создаст эффективные возможности сохранения и передачи, эта отрасль займет серьёзное место в мировом производстве энергии. А пока самое массовое применение солнечного излучения - нагрев воды в бойлерах на крышах домов в жарких странах. Лидерство тут принадлежит Израилю - солнечными батареями оснащено 90% жилых строений страны [4].

В США к 2050 году планируется вырабатывать на солнечных электростанциях  до 70 % потребляемого в стране электричества (См. Приложение 5).

 Проблема в том, что при сооружении солярно-термических электростанций сегодня используются такие токсичные материалы, как мышьяк, кадмий, селен (См. Приложение 9).

Вот уже четверть века учёные из Фрайбурга ищут разные способы использования этого дара небес. Было время, когда разработчиков ИСЭ, посмеиваясь, именовали не иначе как «сборищем сумасшедших экологов». А сегодня Институт солнечных энергосистем во Фрайбурге по праву считается мировым лидером прикладных исследований в солнечной энергетике. На международных конгрессах по проблемам альтернативной энергетики чуть ли не каждый пятый доклад читают сотрудники ИСЭ. Институту принадлежит мировой рекорд по достигнутому коэффициенту полезного действия солнечных элементов [7].

К 2050 году примерно половину потребляемой энергии Германия будет получать за счёт использования возобновляемых источников, а половину этих источников составят фотоэлектрические и солнечные тепловые электростанции, - говорится в отчёте, который представил правительству Германии бывший руководитель ИСЭ Иоахим Лутер (См. Приложения 10, 11). По мнению учёного, только используя солнечную энергию, человечество сумеет уменьшить возрастающие нагрузки на окружающую среду, вызванные ростом потребления ископаемых источников энергии – угля, нефти и природного газа [7]. 

Солнечные установки в Центре Масконе в Сан – Франциско обеспечивают электричеством 550 домов (См. Приложение 12). Подобные устройства в США вырабатывают 624, а в такой стране, как Германия, 28000 МВт электроэнергии [5].

Сегодня экологические начинания калифорнийцев находят всё новое применение. В винодельческом районе Напа – Вэлли виноградари устанавливают прямо среди лоз солнечные батареи. К северу от Сан-Франциско возник первый экологически чистый городок в США, где выбросы углекислоты в атмосферу не превышают одной десятой от среднего по стране уровня (См. Приложения 6,7). А в самом Сан-Франциско в парке Голден– Гейт выросла «Калифорнийская академия наук» - музей, крыша которого сплошь засажена растениями, распространёнными в Северной Калифорнии.

В сентябре 20006 года Калифорния приняла закон «О борьбе с глобальным потеплением», согласно которому к 2020 году выбросы углекислоты в Калифорнии должны быть сокращены на четверть [5].

В Силиконовой долине инвесторы вкладывают миллионы долларов в фирмы, производящие электричество из энергии солнца, ветра и воды (См. Приложение 8).

Экономика Калифорнии – десятая по величине в мире. В 2005 году Калифорния занимала двенадцатое место в мире по объёму выброса углекислого газа в атмосферу. В Китае, например 53 миллиона автомобилей, тогда как в одной только Калифорнии – 21 миллион [5].

Калифорния превратилась в лабораторию, в которой проходят проверку новейшие способы использования энергии [5].

RAEL@ERG, US Berkeley. Это сокращение означает «За возобновляемые источники энергии, группа по изучению энергии и ресурсов, Калифорнийский университет Беркли. Директор RAEL и руководитель ERG Дэн Кэммен считает, что самая главная проблема на свете – это энергия. «Энергия! Всё вращается вокруг энергии». Учёный и его единомышленники сравнивают Землю с гигантской электрической лампочкой. Всё в нашей жизни – часть этой лампочки: от кофеварки, которую мы включаем по утрам, до телевизора, который мы смотрим вечером. Потому что всё, что люди делают на земле, нуждается в энергии [5].

Так как человеку необходимо большое количество энергии, он сжигает много угля и нефти, выбрасывая в атмосферу много углекислого газа, что ведёт к повышению температуры на планете. Ежегодное потребление энергии на душу населения в такой стране, как США эквивалентно сжиганию 7, 8 тонны нефти, в Германии – 4, 2 тонны, в Китае – 1, 3 тонны. При этом многонаселённый Китай производит больше всего углекислого газа – около 24 процентов выбросов. За ним следуют США [5].

Чтобы человечество – лампочка горело, сегодня требуется 15 триллионов кВт/ч в год. Это 5 тысяч атомных реакторов. «В 2050 году человечество – лампочка будет расходовать уже 30 триллионов киловатт – часов, говорит Дэн Кэммен. – Потребление энергии удвоится» [5].

Губернатор Калифорнии Арнольд Шварценегер, поддержал закон «О борьбе с глобальным потеплением». Бывший Терминатор даже получил новое прозвище: Весёлый зелёный великан. Миллион крыш в Калифорнии предполагается оборудовать солнечными батареями, 200 тысяч солнечными коллекторами с нагревателями воды. 600 миллионов долларов были направлены в основанный в апреле 2008 года «Научно – исследовательский институт климатических проблем». Принятый «Стандарт низкоуглеродного топлива» требует использования менее вредного для климата горючего. Однако самый амбициозный проект это «Программа развития возобновляемых источников энергии», согласно которой к 2010 году не менее 20 процентов электричества в Калифорнии будут производиться из возобновляемых источников. Эти решения превратили дело защиты климата в бизнес [5].

Если 20 процентов электричества в Калифорнии будут производиться из возобновляемых источников, откроется огромный рынок для ветряных, солнечных и приливных электростанций. Возникнет потребность в солнечных генераторах, мощность которых будет сравнима с мощностью атомных реакторов. У одного из крупнейших производителей электричества уже есть три электростанции мощностью 500 мегаватт каждая, которые улавливают солнечный свет, с его помощью превращают воду в пар и таким образом получают ток. Одна электростанция производит больше энергии, чем все солнечные установки, находящиеся на крышах домов в США [5].

Проблема состоит в том, чтобы был достигнут предел эффективности вложений долларов в расчёте на ватт – эта величина будет сравнима с себестоимостью электроэнергии, получаемой из нефти.

Проекты автомобиля будущего также рождаются на западном побережье, в Калифорнии. В 2008 году здесь было куплено 650 родстеров «Тесла» - спортивных электромобилей, которые приводятся в действие 6800 ионно – литиевыми аккумуляторами. Цена машины 98 тысяч долларов. Ещё более футуристический вид у «Аптеры» - двухместной машины с тремя колёсами, которая заряжается от солнечных батарей на автостоянке (См. Приложение 16). Продано уже 1300 «Аптер», хотя рекламная компания вообще не велась. Многие в Калифорнии теперь предпочитают эту безвредную для окружающей среды машину [5].

41 – летний Шай Агасси, руководитель фирмы Project Better Place, предлагает: «Все автомобили надо заменить электромобилями. Как этого добиться? Тоже очень просто: воспользоваться принципом работы мобильных телефонов. Люди получают автомобиль, работающий от аккумуляторных батарей, по низкой цене или даже в подарок, но при этом подписывают контракт на определённую величину пробега. Да, наша фирма будет дарить автомобили, построит сеть заправок, вернее, зарядных станций, на которых каждый водитель сможет зарядить батареи своей машины или поменять их на новые. И всё это, включая экологический электрический ток, будет стоить не больше 35 американских центов за километр. Мы создаём новую транспортную экономику» [5].

Аналитика пересчитали составленный им бизнес – план Агасси, и пришли к тому же выводу, что и он: денег, которые в промышленно развитых странах уходят на вредный бензин, должно быть вполне достаточно, чтобы профинансировать его проект, особенно теперь, кода электричество научились получать из возобновляемых источников энергии.

По подсчётам Агасси, эксплуатация электромобиля в пересчёте на милю пробега стоит всего 7 центов, тогда как миля на автомашине с бензиновым двигателем обходится в 35 раз дешевле. За счёт этой разницы он и предлагает финансировать бесплатную раздачу электромобилей. Компания Project Better Place разработала специальную ионно – литиевую батарею, заряда которой хватает почти на двести километров, что вполне сопоставимо с пробегом обычного автомобиля на одной заправке бензином [5].

Учёный собрал на реализацию своей идеи 200 миллионов венчурного капитала. В Силиконовой долине нечасто вкладывают такие деньги в фирму, существующую только на бумаге. Один крупный производителей автомобилей уже намерен приступить к изготовлению электромобиля со сменным аккумулятором. Его испытания должны начаться в 2009 году, а к 2011 – му году в Израиле планируется создать полмиллиона пунктов подзарядки аккумуляторов для автомобилей. Эта инфраструктура станет образцом для других стран. Например, для Дании, где 18 процентов электрической энергии получают при помощи ветра. По ночам, когда ветер дует сильней, а электричества потребляется немного, ветряные установки станут заряжать электромобили. «Мы хотим свести потребление бензина к нулю», - говорит Шай Агасси [5].

В мире стремительно развивается рынок солнечных технологий. Всё больше стран принимают законы, направленные на развитие новой отрасли энергетики. В 2000 – 2005 годах производство солнечных элементов в Германии устойчиво прирастало в среднем на 80 процентов. Деньги в солнечные технологии принялись вкладывать и нефтяные концерны: BP Solar и Shell Solar активно производят фотоэлектрические батареи и элементы.

Солнечные элементы пока покрывают менее 0, 1 процента мировой потребности в электроэнергии. Если удастся существенно снизить стоимость фотоэлектрических модулей, то к 2050 году этот показатель должен вырасти до 25 [7]. 

 Девяносто процентов солнечных элементов, производимых в мире, изготавливают из высокочистого кремния (См. Приложение 13). Степень его чистоты такова, что на один триллион атомов приходится, самое большее, один чужеродный. И хотя кремний - самый распространённый на Земле (после кислорода) химический элемент, на мировом рынке остро чувствуется дефицит кремния «солнечного» качества [7].  Вот почему главная задача, стоящая перед исследователями из ИСЭ, - научиться изготавливать более тонкие и эффективные солнечные элементы, уменьшая расход материала и одновременно повышая КПД.

В июне 2004 года фрайбургским исследователям удалось преодолеть считавшийся тогда недостижимым барьер: коэффициент полезного действия солнечного элемента из поликристаллического кремния составил 20,3%. Это – очередной мировой рекорд, установленный в ИСЭ.

Другая возможность повысить эффективность выработки электрического тока – фокусировать солнечный свет с помощью линз (энергоустановка с фотоэлектрическими элементами и линзовыми концентраторами установлена на крыше института во Фрайбурге). Это позволяет в несколько раз уменьшить размер солнечных элементов и заменить кремний более дорогими, но и более эффективными материалами [7].

Фокусировать свет можно только в ясную погоду, когда солнечные лучи не рассеиваются облаками. Кроме того, модули с линзовыми концентраторами нуждаются в системах слежения за солнцем: массовая их установка на крышах частных домов – задача довольно сложная. В Центральной Европе ещё долгое время на крышах зданий будут красоваться безконцентраторные кремневые солнечные батареи.

Но их конструкция в скором времени изменится. В одном из отделов ИСЭ разрабатывают солнечные элементы, для которых потребуется в двадцать раз меньше высокочистого кремния. Тончайший его слой будут напылять на дешёвую подложку (См. Приложение 14). По эффективности такой элемент практически не уступает тем, которые используются сейчас [7].

Факты

Солнце отдаёт Земле примерно в 15 тысяч раз больше энергии, чем необходимо человечеству.

 Первая солнечная электростанция появилась в Египте в 1912 году.

 В Австралии с 1987 года проводится гонка солнцемобилей «Всемирный солнечный вызов» [7].

 «Всемирный солнечный вызов» - солнечная батарея, длиной 315 метров, которую в 2001 году установила в Японии компания Sanyo, вырабатывает в год 530 тыс. кВ/ч электроэнергии [7].

В 2007 году на юге Португалии заработала крупнейшая в мире солнечная электростанция. Она снабжает электричеством восемь тысяч домов [7].

В 1985 году в Крыму построили первую в СССР солнечную электростанцию СЭС – 5 мощностью 5 МВт [7].

Объём солнечной энергии, поступающей за три дня на территорию России, превышает годовую выработку электроэнергии в нашей стране[7].

В Испании практически всё новое жильё оборудуется водонагревателями, работающими от солнечной энергии.

 В Австрии на 1000 жителей приходится 288 квадратных метров солнечных батарей, во Франции только 9 кв. м [3].

 

Сотрудники ИСЭ исследуют также возможности солнечных термических систем. С их помощью можно наладить эффективное производство электроэнергии, прежде всего в пустынях. В традиционных установках такого рода параболические желоба – концентраторы фокусируют солнечный свет и направляют его на трубы, по которым циркулирует теплоноситель. Нагреваясь, теплоноситель превращается в пар, который поступает на турбины, аналогичные тем, которые применяются на традиционных электростанциях, ну а те уже вращают генераторы [7].

В ИСЭ пытаются заменить эти параболические зеркала более дешёвыми призмами, которые направляют свет в одну точку. Одновременно немецкие инженеры стремятся усовершенствовать конструкцию труб и прежде всего - структуру их поверхностей. Задача – добиться высоких температур при минимальных потерях тепла.

Это очень перспективное направление. Даже на современном уровне развития «солнечной» технологии потребности человечества в электрической энергии можно было бы полностью удовлетворить, застроив всего лишь один процент территории Сахары солнечными термическими электростанциями [7].

Учёные создают водородные топливные элементы, которые могут служить источником энергии для электронных приборов (См. Приложение15). Необходимый для работы таких элементов водород можно получать из воды с помощью солнечного света.

Ещё одно из важных направлений исследований ИСЭ – это «солнечная» архитектура. Даже в Германии, которой не приходится особо жаловаться на холодный климат, около 40 процентов всей производимой энергии расходуется на обогрев, кондиционирование и освещение зданий. Сэкономить большую часть этой энергии можно было бы за счёт применения так называемой умной архитектуры. В рамках этой концепции всё здание рассматривается как объект, принимающий и аккумулирующий солнечную энергию.

Учёные из Фрайбурга разработали двойные окна – хамелеоны с покрытием из оксида вольфрама. Если солнце светит слишком ярко, вы нажимаете кнопку, и в пространство между стёклами начинает поступать газовая смесь. Содержащийся в ней водород вступает в реакцию с оксидом вольфрама, и стёкла постепенно начинают приобретать голубоватый оттенок – происходит плавное затемнение. А если подать кислород, вольфрамовое покрытие снова становится прозрачным. Другое изобретение, разработанное сотрудниками ИСЭ – покрытие для стен, содержащее микроскопические гранулы особого парафина, который начинает плавиться уже при температуре плюс 24 ⁰С, и таким образом охлаждает помещение [7].

Весьма перспективное направление научных разработок – «солнечные»кондиционеры. Вместо электрического тока они используют тепло Солнца, которого достаточно для того, чтобы началось испарение специальных легкокипящих жидкостей. Подобные кондиционеры работают с максимальной мощностью тогда, когда солнце светит ярче всего и потребность в охлаждении наиболее высока (См. Приложение). Использование их перспективно в тропических странах [7].

Французские учёные установили в 190 году солнечный концентратор и башню – печь в Пиренейских горах, где производится плавка металлов. Это самая первая и пока самая большая в мире солнечная печь. Площадь вогнутого зеркала 1900 квадратных метров, мощность 1100 кВт. В Пиренейских горах на высоте 100 метров свыше 200 дней в году ярко светит солнце, при этом воздух чист, пыли почти нет. На склоне горы в несколько рядов установили 63 подвижных зеркала – гелиостата, которые, поймав солнечный «зайчик», направляют его в концентратор – параболическое зеркало диаметром 2 метра. Концентратор отражает солнечные лучив находящуюся напротив башню – печь, где температура достигает 4000 °С и где и плавление металлов. Вся работа осуществляется с помощью компьютеров. Гелиостаты моют два раза в год, а концентратор за шестнадцать лет работы понадобилось помыть только два раза.

Глава III. Биотопливо

Солнечные батареи, созданные самой природой, содержатся в клетках растений. Хлоропласты - энергетические станции растений, эффективно работают, - получается биотопливо (См. Приложения 17, 18, 19).

Из углекислого газа и воды хлоропласты, используя солнечное излучение, синтезируют органику, богатую энергией: целлюлозу (основа древесины) и крахмал (углевод в плодах и семенах).

Сегодня на биотопливо возлагают надежды: генномодифицированные растения производят биомассу в больших объемах. Из ботвы гигантской кукурузы гонят спирт (См. Приложение 20). В Бразилии сейчас на таком спирте ездят почти все машины (См. Приложение 21). Под посевы кукурузы бразильцы вырубают все больше амазонских лесов [4].

Вообще, конкуренция посевов - производителей биотоплива и пищевого сырья - проблема острая. В 2008 году резко возрос спрос на продукты питания: богатейшие Индия и Китай решили покупать еду, а не производить.

Крупнейший мировой экспортер, США, не смог ответить на этот спрос: именно в последние годы в этой стране стремительно растет площадь биотопливных посевов. В итоге мировая цена на рис повысилась на 70%, и в бедных странах Азии начался голод [4].

Частичное решение может содержаться в разработках группы исследователей из Университета штата Техас, результаты, которых опубликованы совсем недавно. Бактерии из группы Cyanobacter был вживлён ген от другой бактерии, Acetobacter xylynum, которая производит целлюлозу – если её только кормить. Цианобактерии же кормить не надо: они фотосинтезируют, то есть пользуются бесплатным солнцем, углекислым газом и водой. Таким образом, если реакторы с микробом-химерой выставить на солнце, они будут бешено размножаться и давать целлюлозу. Причем эта целлюлоза отличается от своего естественного прототипа: ее молекулы легче перегоняются в спирт. А это уже сулит вдвое более эффективное использованиеземли - если считать по калориям топлива на единицу повседневной площади [4].

Выброс парниковых газов при сжигании биотоплива точно такой же, как и при сгорании углеводородов (считая в калориях). Однако в процессе формирования биотоплива углекислый газ поглощается из атмосферы - при фотосинтезе. В итоге возникает баланс и переизбытка CO₂ в атмосфере не создается [4].

С 2007 года все автомобили Skoda Octavya приспособлены для заправки биодизелем – в Чехии его производят около 60 тысяч тонн в год (См. Приложение 22).

Из пищевых отходов, навоза и соломы делают биогаз, по потенциалу он не уступает природному. [4].

В 2007 году в Лондоне появился первый европейский поезд на биодизельном топливе (См. Приложение 23).

Биотопливо, получаемое из стеблей сахарного тростника, кукурузы, сои или семян рапса, достаточно дорогостояще. Для удешевления его производства учёные из университетов Хаэна и Гранады (Испания) предлагают использовать оливковые косточки, которые в огромном количестве остаются после производства растительного масла и консервирования столовых оливок. В лабораторных условиях из 100 килограммов оливковых косточек удалось получить 5,7 килограммов биоэтанола, которым можно заменить бензин и дизельное топливо [2].

Экономисты Университета Миннесоты подсчитали, что если продовольственные культуры сегодняшними темпами будут идти на выпуск этанола, количество голодающих в мире возрастёт к 2020 году на 50 % 

Глава IV. Вода

Гидроэлектростанции

Энергию бегущей и падающей воды люди еще использовали еще на заре цивилизации.

Солнечная энергия постоянно затаскивает в облака тонны воды из океана - она в итоге разливается в виде рек (См. Приложение 24).  Кроме того, под действием Солнца и Луны Мировой океан отклоняется от поверхности вращающейся Земли - так возникают приливы, отливы и огромные океанские волны [4].

Люди лучше всего научились использовать течение рек. Если приделать турбину к древней водяной мельнице - получается готовая гидроэлектростанция. ГЭС дают энергию более дешёвую, чем тепловые станции. В этом смысле показательно, что Норвегия, располагающая большими запасами нефти и газа в Северном море, базирует электроэнергетику почти исключительно на энергии горных рек (около 99%). Есть ГЭС безплотинные, использующие естественный водопоток, и электростанции, где поступающая вода накапливается в водохранилище, а затем подается на турбины. Строительство и работа крупных ГЭС нередко влекут за собой серьезные проблемы: искусственные моря и происходящие перед плотинами разливы меняют естественную экосистему, ландшафт и весь режим орошения в бассейне реки.

При строительстве ГЭС возникают большие побочные проблемы: искусственные моря и происходящие перед плотинами разливы меняют естественную экосистему, ландшафт и весь режим орошения в бассейне реки. Затопление плодородных земель в долинах рек, повышение уровня грунтовых вод и заболачивание, изменение микроклимата на прилегающей территории. – вот далеко не полный перечень последствий строительства ГЭС. Так после заполнения Рыбинского водохранилища (в бассейне Волги) в результате снижения среднегодовой температуры, на окрестных полях перестала вызревать пшеница и лён.

Другой пример. Длина крупнейшей в мире дамбы «Три ущелья» на реке Янцзы – 2309 м, высота – 185 м. При строительстве из зоны затопления пришлось переселить более 1, 3 миллионов человек (См. Приложени25, 26).

Поэтому в последние годы по всему миру приобретают все большую популярность мини-гидроэлектростанции: построить ее может кто угодно и где угодно - и обеспечить свой дом вечным и бесплатным электричеством. Таких станций очень много в Китае - половина новых мини-ГЭС в 2007 году построено именно там. Популярны они и в бедных странах Африки и Азии. Установив миниатюрную турбину в русле ручья, можно изменить жизнь кенийской деревни: у врачей будет телефонная связь, а в домах местных жителей – радио[4].

Факты

Первую ГЭС открыли в 1882 году в США. На её мощности работало всего 250 электролампочек.

Сегодня гидроэлектростанции дают около 20 % мировой электроэнергии.

Рентабельность ГЭС в России выше, чем ТЭС и АЭС, а себестоимость электроэнергии в 6 раз ниже, чем на ТЭС.

Приливные электростанции.

 

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды (См. Приложение 27). Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что могло бы привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли влияние приливных электростанций незаметно. Кинетическая энергия вращения Земли (~1029 Дж) настолько велика, что работа приливных станций суммарной мощностью 1000 ГВт будет увеличивать длительность суток лишь на ~10?14 секунды в год, что на 9 порядков меньше естественного приливного торможения (~2?10?5 секунд в год) [8].

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Энергию морских приливов и отливов пока используют в ограниченных масштабах - в мире не так много приливных электростанций (См. Приложение 29). Развитие этой отрасли - дело будущего,  предполагается, что ПЭС смогут обеспечить до 15% мирового энергопотребления [4].

В заливе Странгфорд – Лох в Северной Ирландии планируется построить приливную электростанцию, которая будет снабжать электричеством 1140 домов. (См. Приложении 28 ).

Крупнейшая в мире приливная электростанция Ля Ранс, находится во Франции.

ПЭС существуют во многих странах — во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. Крупнейшая в мире приливная электростанция "Ля Ранс", построенная в эстуарии реки Ранс (Северная Бретань, Франция) имеет самую большую в мире плотину, ее длина составляет 800 м [8]. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса (См. Приложение 30). Мощность станции составляет 240 МВт.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций[8].

Две уникальные электростанции, использующие энергию приливов, скоро будет сооружены в России.

Первая и единственная в России ПЭС – Кислогубская, мощностью 0,4 МВт, построена в 1968 году в заливе Кислая губа на Кольском полуострове, на берегу Баренцева моря (См. Приложения 31, 32). 

Станция (железобетонная конструкция длиной 36 м, шириной 18,3 и высотой 15,35 м) сооружалась в доке недалеко от Мурманска и затем была отбуксирована за 100 километров, в Кислую губу. Станция награждена золотой медалью на Всемирной выставке «ЭКСПО» в Японии, а сам метод постройки получил название «российского» и используется ныне при создании морских платформ для добычи нефти[10].

Кислогубская ПЭС была законсервирована из-за финансовых проблем в ее модернизации в середине 1990-х годов и недавно вновь запущена в работу после почти десятилетнего перерыва [10].

Ноу-хау модернизированной станции - уникальная ортого