Физика. 11 класс

Как влияет производство и использование электроэнергии на окружающую среду?

Развитие цивилизации сопровождается непрерывным ростом энергопотребления на нашей планете. Однако запасы природного топлива (нефти, природного газа, угля, торфа) и иных полезных ископаемых на Земле ограничены, поскольку из-за изменения геологических условий их формирование в настоящее время практически прекратилось.
Явным лидером среди энергоносителей на сегодняшний день является нефть, поскольку ее сравнительно легко добывать, транспортировать, очищать и использовать. Помимо этого нефть также является источником красок, лекарств, пластмасс, волокон и многих других синтетических материалов.
По различным оценкам, в настоящее время выработано около 60 % разведанных основных месторождений угля и нефти.
На территории Беларуси к основным видам добываемых топливных ресурсов следует отнести дрова и торф.
Работа электростанций вследствие их значительной мощности существенным образом влияет на состояние окружающей среды и приводит к появлению следующих экологических проблем:
ТЭС — загрязнение атмосферы продуктами сгорания, изменение природного теплового баланса из-за рассеяния тепловой энергии;
ГЭС — изменение климата, нарушение экологического равновесия, уменьшение пахотных площадей;
АЭС — опасность радиоактивного загрязнения среды при авариях, проблемы захоронения радиоактивных отходов.
Одной из главных экологических проблем современности является рост выбросов в атмосферу продуктов сгорания топлива (в первую очередь, углекислого газа). Углекислый газ «окутывает» Землю подобно пленке, препятствуя ее охлаждению. Это приводит к парниковому эффекту, при котором средняя температура на Земле медленно повышается. Соответственно, за последние десятилетия на планете происходит глобальное потепление, которое, согласно прогнозам ученых, может привести к необратимым изменениям в климате Земли.
Рост энергопотребления заставляет ученых и инженеров искать альтернативные источники энергии, которые имели бы возобновляемый характер, т. е. в отличие от нефти и газа, могли бы самостоятельно восстанавливаться с течением времени.

К возобновляемым источникам энергии относят ветер, недра Земли (геотермальную энергию), морские приливы, а также солнечное излучение, используемое напрямую. Поэтому основными видами альтернативной энергетики являются ветроэнергетика, геотермальная энергетика, приливная энергетика, гелиоэнергетика.
Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии. Энергия ветра уже достаточно успешно преобразуется в электроэнергию в многочисленных небольших ветряных генераторах в зонах устойчивых ветров (рис. 70).
Геотермальная энергетика — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. Геотермальная энергия в местах естественных разломов земной коры используется для нужд человека. Например, столица Исландии — Рейкьявик полностью отапливается за счет геотермальных источников. Запасы геотермальной энергии достаточно велики, о чем можно судить по громадной разрушительной силе землетрясений и извержений вулканов и гейзеров.
Приливная энергетика использует энергию морских приливов. В настоящее время делаются первые шаги для использования энергии океанических приливов и отливов. Инженерная идея подобных проектов проста: использовать перепад уровней воды во время прилива и отлива для вращения водой гидротурбин, чтобы на соединенных с ними гидрогенераторах производить электричество.

Гелиоэнерегетика — получение электрической энергии из энергии солнечного излучения. Развитие современных технологий позволяет эффективно использовать энергию, вырабатываемую солнечными батареями. Так, в южных широтах энергии подобных батарей, установленных на крыше, хватает для энергоснабжения небольшого дома. Современные технологии позволяют, используя солнечные батареи, получать электрическую энергию от солнечного излучения не только на Земле, но и в космосе (рис. 71).
Есть очень смелые проекты, в которых предлагается разместить солнечные батареи в ближнем космосе на расстоянии 36 000 км от поверхности Земли. Это так называемая «синхронная» орбита, на которой батареи будут «неподвижными» относительно земного наблюдателя, поскольку период их обращения будет равен 24 ч. В этом случае батареи будут находиться в тени Земли только 2 % времени, что позволит производить в десятки раз больше энергии, чем на Земле. Энергия Солнца, преобразованная в электромагнитный пучок сверхвысокой частоты, будет передаваться на большие антенны на Земле.
Преимущество возобновляемых источников энергии состоит в том, что их использование не приводит к опасному загрязнению окружающей среды.