Проблемы современной энергетики: способы и пути решения

Алтухова Анастасия

9 класс МБОУ СОШ №3

 г. Усмани Липецкой области

Проблемы современной энергетики: способы и пути решения

В наше время требуется всё больше и больше электроэнергии. Существует несколько видов электростанций: тепловые (ТЭС), гидроэлектрические (ГЭС) и атомные (АЭС).

 Тепловые электростанции
Тепловая энергия на ТЭС используется для нагрева воды и получения пара (на паротурбинных электростанциях) или для получения горячих газов (на газотурбинных).
Принцип работы  несложен. Для получения тепла органическое топливо сжигают в камере сгорания в котлоагрегатах ТЭС с выделением большого количества тепла превращающее воду, циркулирующую в трубах в пар. В качестве топлива используется уголь, торф, природный газ, мазут, горючие сланцы. 
На тепловых паротурбинных электростанциях (ТПЭС) получаемый в парогенераторе (котлоагрегате) пар приводит во вращение ротор паровой турбины, соединённый с валом электрического генератора. После прохождения через турбину пар конденсируется и снова трансформируется в воду,  попадающую в паровой котел. 
Паровые турбины ТЭС соединяют с электрогенераторами обычно непосредственно, без промежуточных передач, образуя турбоагрегат. Кроме того, как правило, турбоагрегат объединяют с парогенератором в единый энергоблок, из них затем компонуют мощные ТПЭС.

Гидроэлектрическая станция.
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Гидротехнические сооружения ГЭС обеспечивают необходимый поток воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в генератор, вырабатывающий электроэнергию. Необходимый напор воды образуется плотиной (в случае с плотинным типом ГЭС) или деривацией - естественным стоком воды (деривационные ГЭС). В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании ГЭС располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидрогенераторы, непосредственно преобразующие энергию воды в электрическую энергию. Также имеется электротехническое оборудование, которое включает в себя устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

• мощные - вырабатывают от 30 МВт и выше;
• малые ГЭС - от 1 МВт до 30 МВт;
• мини ГЭС - от 100 кВт до 1 МВт;
• микро ГЭС - от 5 кВт до 100 кВт;
• пико ГЭС - до 5 кВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД (коэффициента полезного действия) используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным причинам расход воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду других причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

В зависимости от расхода и напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных - ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных - поворотнолопастные турбины в железобетонных или стальных камерах. Принцип работы всех видов турбин одинаков - вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на генератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами - стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

В состав ГЭС, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

Ценность ГЭС состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Каждая электростанция вносит огромный вред. Самой безопасной из них является атомная электростанция, если прибегнуть к некоторым способам решения её проблем.

Атомные электростанции
Атомная электростанция работает в определенных условиях и в строго заданных режимах. Кроме ядерного реактора (одного или нескольких), в структуру АЭС входят и прочие системы, специальные сооружения и высококвалифицированный персонал. В чем же заключается принцип работы АЭС? Кратко его можно описать следующим образом. Главный элемент любой АЭС - это ядерный реактор, в котором происходят все основные процессы. О том, что происходит в реакторе, мы писали в предыдущем разделе. Ядерное топливо (как правило, чаще всего это уран) в виде небольших черных таблеток подается в этот огромный котел.

Энергия, выделяемая во время реакций, происходящих в атомном реакторе, преобразуется в тепло и передается теплоносителю (как правило, это вода). Стоит отметить, что теплоноситель при этом процессе получает и некоторую дозу радиации. Далее тепло из теплоносителя передается обычной воде (посредством специальных устройств - теплообменников), которая в результате этого закипает. Водяной пар, который при этом образуется, вращает турбину. К последней подсоединен генератор, который и генерирует электрическую энергию. Таким образом, по принципу действия АЭС - это та же тепловая электростанция. Разница лишь в том, каким способом образуется пар.

Способы решения проблем ядерной энергии

Мировая атомная энергетика пережила три бедствия, настолько жуткие, что имена станций "Три-Майл-Айленд", "Чернобыль" и "Фукусима" стали синонимами промышленной катастрофы. Но эти аварии привели к изменениям в обучении обслуживающего персонала АЭС, пересмотру техники безопасности. Если раньше персонал учили первым делом искать причину возникновения аварийной ситуации, то теперь основное внимание уделяют быстрому реагированию на возникшую опасность. В результате таких изменений в обучении сотрудников в США после 1979 года не было ни одной аварии на АЭС.

После аварии в Чернобыле была создана Всемирная ассоциация операторов атомных электростанций, которая проинспектировала все 432 существующих на данный момент реактора.2 Авария на "Фукусима-1" привела к отказу Японии и Германии от использования атомной энергетики в дальнейшем, а правительство Южной Кореи поручило создать надзорный орган с большими полномочиями с целью не допустить повторения событий в Японии. Конечно, было бы лучше не допускать подобных катастроф вовсе, но утешением может служить то, что с 1986 до 2010 года в мире не происходило аварий на АЭС.

Проблема с переработкой радиоактивных отходов также является решаемой. Для решения этой проблемы необходимы нужные технологии и верные политические решения. Загрязнение почвы и воды отходами от АЭС можно предотвратить, если захоронить их в правильном месте. Захоронение в стабильных гранитных слоях предотвращает проблему на десятки тысячелетий, а в сухотарных бочках на 1 век.

При захоронении отходов политика играет важную роль. Политические решения влияют на выбор места для захоронения отходов. Если при решении вопроса о захоронении не учитывать геологические условия, то деньги на строительство хранилища будут потрачены впустую. Но если при выборе места захоронения учитывать мнение организаций, борющихся за сохранение окружающей среды, то процесс выбора захоронения будет максимально прозрачным, а хранилище будет расположено в подходящих геологических условиях.

Уменьшение возникновения террористической угрозы можно добиться при соблюдении странами мировых договоренностей. Для примера можно вспомнить договоренность между США и ОАЭ, запрещающая строительство установок для обогащения урана взамен получения доступа к источнику ядерного топлива.

Многие организации, охраняющие окружающую среду, считают единственным способом решения проблем атомной энергетики полным от нее отказом, но на данный момент мировое сообщество не может отказаться от использования мирного атома. Пока что не существует источника энергии, который мог бы заменить атом и при этом производить столько же энергии, не загрязняя окружающую среду. Возобновляемые источники энергии вроде ветра и солнечной энергии требуют высокотехнологичных систем хранения энергии, которых на данный момент просто не существует. Электростанции, использующие солнечную и ветряную энергию, требуют особых климатических условий, и поэтому использование такой энергии сильно ограниченно.

Из всего вышесказанного стоит сделать вывод, что атомная энергетика обладает как преимуществами, так недостатками. Стоит помнить, что не существует идеального источника энергии, и в наших интересах продолжать развитие энергетики. Если придерживаться вышеизложенных способов, то можно добиться нужного результата.