Энергетиканың экологиялық аспектлері
жүктеу/скачать 35,61 Kb.
|
1 2
Байланысты:2-дәріс
|
2 - дәріс Энергетиканың экологиялық аспектлері Энергия көздерін құру және пайдалану проблемасы материалдық мәдениеттің дамуын және адамдардың өмір сүру деңгейін анықтайтын негізгі фактор болып табылады. Соңғы жылдары біздің планетамыздың халқы санының көбеюі және оның қажеттіліктеріне бейімделу үшін табиғатты қайта құру бойынша белсенділігінің артуы нәтижесінде ғаламдық сипаттағы технологиялық процестер пайда бола бастады, яғни олар бүкіл жер шарының ауқымында табиғатты өзгертеді. Халықаралық қайта құру және даму банкінің мәліметтері бойынша, әлемдегі кез-келген жерде адамдардың өмір сүру деңгейі коммуналдық және өндірістік қажеттіліктерге арналған энергияны тұтынуға пропорционалды, бұл бүгінгі таңда дамыған елдерде бір тұрғынға белгіленген қуаттылықтың 10 (немесе одан да көп) кВт екенін құрайды. Бұл жеке адамның денесінің физикалық (бұлшық ет) мүмкіндіктерінен жүз есе артық, және осы елдер үшін барлық түрдегі энергияға деген қажеттіліктерді қанағаттандырудың жалпы құны тұрғысынан алғанда, бұл олардың бюджетінің жартысына тең. Бұған сонымен қатар қондырғылардың қуаттылығы әдетте ватт және киловаттпен есептелетін тұрмыстық энергия (жарықтандыру, жылыту, байланыс) деп аталатындар кіреді, сондай-ақ өнеркәсіптік энергия (металлургия, химия, көлік, машина жасау, құрылыс, ауылшаруашылығында қолданылатын) кіреді, олардың бірлік қондырғысының қуаты ондаған және жүздеген мегаваттты құрайды. Энергияның бұл рөлі әлемде энергияны өндіру мен тұтынудың халық санының өсу жылдамдығына тәуелді (жылына 1,5-2%) геометриялық прогрессиямен өсуінің себебін түсіндіреді. Абсолютті мәнде бұл ең жоғары өсу қарқындарының бірі болып табылады және барлық жерде энергетикаға инвестициялар басым орын алатынын көрсетеді. Бұл сонымен бірге энергетикалық сектордың қоршаған ортаға кері әсері неге күрт артып отырғанын көрсетеді. Бұл қандай жағымсыз әсерлер және олардың негізгі факторлары мен салдары қандай - бұл сұрақтарға жауапты энергияны алу, түрлендіру және сақтау процестері мен құрылғыларын зерттеу арқылы табуға болады. Осы процестерге ғылыммен бекітілген негізгі заңдарға термодинамиканың бірінші және екінші принциптері ретінде белгілі энергияның сақталу заңы және энтропияның өсу заңы жатады. Бірінші заң (энергияның сақталу заңы) энергиямен қамтамасыз етудегі жергілікті және әлемдік энергетикалық дағдарыстардың болмай қоймайтындығын болжай отырып, энергия ресурстарының қорларын және олардың сарқылуын анықтайды. Екінші заң (энтропияның өсуі) тұтынылатын энергияның бір бөлігінің жылуға қайтымсыз ауысуына байланысты қолда бар энергетикалық ресурстарды пайдалануды шектеуде маңызды рөл атқарады, ол қоршаған орта температурасында ақыр аяғында қайтымсыз түрде сәулеленеді. Бұл екі заң да энергетиканың дамуының жалпы бағыттарын анықтайды. Олар энергияны тегін алу мүмкін емес дейді. Біріншіден, бұл «мәңгілік қозғалтқышты» (“перпетуум-мобиле”) құрудың мүмкін еместігін білдіреді - жоқтан бар шығаратын (1-ші типтегі мәңгілік қозғалтқыштар) немесе қоршаған ортаға бөлінетін жылуды қолданатын (2-ші типтегі мәңгілік қозғалтқыштар) мәңгілік қозғалтқыштарды құрудың мүмкін еместігін. Сонымен қатар, қоршаған ортаға ештеңе шығармайтын мүлдем таза энергетикалық технологияларды құру мүмкін емес. Осылайша, Жердің үнемі өсіп келе жатқан тұрғындары үшін өркениетті өмірдің жоғары деңгейін қамтамасыз ету проблемалары, энергетиканы дамыту проблемалары және қоршаған ортаның ластануын болдырмаудың экологиялық мәселелері бір түйінге байланысты. Термодинамикалық энтропия S, оны жай энтропия деп атайды, бұл негізгі термодинамикалық шамалардың бірі термодинамикалық жүйені сипаттау үшін қолданылатын физикалық шама. Энтропия күй функциясы болып табылады және термодинамикада, оның ішінде техникалық (жылу қозғалтқыштары мен салқындатқыш қондырғыларының жұмысын талдау) және химиялық (химиялық реакциялардың тепе-теңдігін есептеу) мәселелерде қолданады. Тұтынушыларды электрмен және жылумен жабдықтайтын қазіргі энергетика 19- және 20- ғасырлардағы ғылымның іргелі және қолданбалы жетістіктеріне, ең алдымен термо- және электродинамика, гидроаэродинамика, механика, жылу беру, атом физикасы, химия, материалтану, оларды табиғи және техникалық тұрғыдан синтездеу салалары кешендеріне немесе әр түрлі масштабтағы орталықтандырылған және автономды (жергілікті) электрмен жабдықтау жүйелеріне негізделген. Жалпы алғанда, қазіргі кезде барлық тұтынылатын энергия ресурстарының 30-35% -ы Қазақстан Республикасында электр энергиясын алуға, қалғаны жылу (45-50%), көлік (15%) және басқаларына (1%) жұмсалады. Қазақстан Республикасының Біртұтас Энергетикалық Жүйесі электрлік желілер арқылы жылу (ЖЭС) және гидравликалық (ГЭС) станциялардың белгіленген қуатының 200 млн кВт-тан астамын (~ 94% ын) технологиялық түрде біріктіреді. Энергия ресурстарының негізгі жеткізушілері қалпына келтірілмейтін көздер болып табылады: - органикалық отын (көмір, мұнай, табиғи газ), ол жылу электр станцияларында (ЖЭО) және аралас жылу және электр станцияларында (ЖЭО) жағылады, бұл барлық электр энергиясының ~ 70% және жылу мен бу мен газ турбиналық генераторларында ~ 50% өндіруді қамтамасыз етеді, соңғысының өндірісі жылу және өндірістік қазандықтармен толықтырылады; - атом электр станцияларында (АЭС) қолданылатын ядролық отын, жылу буының турбина циклі бойынша электр энергиясының жалпы мөлшерінің ~ 10% құрайды; - қалған ~ 20% электр энергиясы жаңартылатын су ресурстарын, негізінен ірі өзендердің көмегімен гидроэлектростанцияларда (ГЭС) өндіріледі. Үлкен энергетикалық потенциялы бола тұра, басқа жаңартылатын көздерден (күн, жел, теңіз суы, мұхиттар мен кішігірім өзендер) энергия өндіруге қосатын үлесі өте аз (1% -дан аз). Бу-турбиналық циклде жылу-механикалық энергия түрлендіруі бар ЖЭС және АЭС қондырғыларының басым рөлі жұмыс затының (су мен будың) жақсы жылу, физикалық, экологиялық және пайдалану сапаларына, жоғары энергия ағынының тығыздығына және салыстырмалы түрде жоғары ПӘК - не байланысты. Соңғы индикаторлар, тиісінше, Умов-Пойнтинг векторының шекті мәнімен (өндірілген энергия сыйымдылығының оның тасымалдаушыларының берілген ортадағы таралу жылдамдығына көбейтіндісіне пропорционалды) және идеалды Карно циклі үшін жылулық ПӘК-імен (ыстық және суық жылу көздерінің температуралық айырмашылығына пропорционалды болуымен) шектелген. Бұл шектеулер, сайып келгенде, қуатты энергияны өндірудің белгілі балама әдістері мен құралдарын бәсекеге қабілетсіз қалдырып, жеке қондырғылардың мүмкін болатын максималды қуатын, олардың өлшемдері мен салмағын, қызмет ету мерзімін, құрылыс құны мен пайдалану тиімділігін анықтайды. Сонымен, академик П.Л.Капицаның бағалауы бойынша, мұндай шектеулер ірі электр энергетикасын тиімділігі 70 - 80% болатын, бірақ төмен жылдамдықпен жүретін төмен энергия ағынының тығыздығында 100 - 200 Вт/м2 төмен жылдамдықпен жүретін бірқатар үнемді энергия түрлендіру процестерінен бас тартуға мәжбүр етеді (электростатикалық генераторлар, биожүйелер, отын элементтері), оларды шағын және орта энергия саласында қалдырады және үнемділігі аз, бірақ қуаты жоғары жылу турбиналық қондырғыларын пайдаланады. Олардағы энергия ағынының орташа тығыздығы 1 - 10 МВт/м2 жетеді, циклдік ПӘК шамамен 30 - 40% құрайды. Соңғы кезге дейін ірі электр энергетикасының дамуындағы жетекші тенденция жұмыс процестерін күшейту, жұмыс затының бастапқы параметрлерін жоғарылату, қондырғылардың бірлік қуатын арттыру және электр станцияларын өздерін ірі энергетикалық жүйелерге біріктіру арқылы ірі электр станцияларында энергия өндірісінің шоғырлануы болып табылады. Энергия өндіруші қондырғылардың қуаттылығы 1000 - 1200 МВт деңгейіне жетті, бұны тропикалық дауылдардың қуатымен салыстыруға болады. Үлкен ЖЭО-да баламалы отынның нақты шығыны ~ 330–340 г/(кВт• сағ) құрайды және олар жоғары жылу қуатының үштен екі бөлігін және ең таза қазба отынын - газды пайдаланады. Атом электр станциялары мен су электр станцияларының қуаты арзан электр энергиясын жасайды. Бұл тенденциялар өсіп жатқан электрэнергиясы жағдайында күрделі салымдарға, отынға және пайдалануға жұмсалатын шығындардың жалпы көлемін үнемдеуге деген табиғи ұмтылыс пен оның адам өмірінің биологиялық және әлеуметтік ырғақтарымен (күнделікті, апталық және маусымдық) байланысты құбылмалы тұтынумен үнемі сәйкес келу қажеттілігінен туындайды. Әлемдегі энергия ресурстарының жылдық жалпы тұтынуы шамамен 20 миллиард шартты отын тоннасын құрайды (яғни орташа калориялық мәні бар отын), бұл шамамен 4,5 ш.о.т./(жыл∙адам) - ға сәйкес келеді. Тұтынылатын ресурстар құрылымына едәуір әсерді зерттелген отын қорының көлемі және оны шартты түрге дейін алу мен өңдеудің экономикалық орындылығы әсер етеді. Әр түрлі мәліметтер бойынша қазба-энергетикалық ресурстардың дәлелденген қорларын бағалау айтарлықтай ерекшеленеді (1-кесте), бірақ олардың сарқылу қаупі барған сайын нақтылануда (жоғарыда келтірілген есептер бойынша 100-200 жыл ішінде). Бұл бізді жаңа энергия көздерін іздеуге мәжбүр етеді. Жоғарыда аталған жаңартылатын көздермен (күн, жел, кішігірім өзендердің суы) қатар термоядролық энергияны және сутегі отынының элементтерін пайдалану мүмкіндігі қарастырылуда (2-кесте). 1 кесте. Органикалық отынның дәлелденген қоры, млрд. ш.о.т.
жүктеу/скачать 35,61 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2