CC BY
20
УДК 64.066.46
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Канунников Андрей Михайлович, студент (e-mail: ficsik97@gmail.com) Преликова Елена Анатольевна, преподаватель (e-mail: VIPLenoK46@yandex.ru) Головня Михаил Павлович, студент (e-mail: mihail.golovnya@yandex.ru) Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
В данной статье рассматриваются вопросы развития альтернативной солнечной энергетики, а также экологических угроз в процессе формирования энергетики в целом. Актуальность данного вопроса обусловлена тем, что углеродные ресурсы используемые для выработки электроэнергии быстро истощаются и оставляют после переработки много токсичных соединений, что и требует использование экологически чистых возобновляемых источников энергии. Одним из таких является солнечная энергия.
Ключевые слова: солнечная энергетика, экологические проблемы, энергия, фотоэлемент, экономика электроснабжения.
Солнечная энергетика - одно из течений альтернативной энергетики, которое предполагает использование ультрафиолетового излучения солнца в целях генерации электроэнергии. Эта энергетика применяет восстанавливаемые источники энергии, а также является «экологически чистой», не выделяющей загрязняющих веществ при преобразовании. Для жизни человека использование энергии всегда являлось необходимым фактором. Например, чтобы улучшить условия проживания необходима энергия. При этом энергетика - это один из источников пагубного влияния на человека и среду его обитания. Использование энергии негативно воздействует на атмосферу - выделение токсичных газов, окисление кислорода, выпадение твердых микрочастиц; гидросферу - образование искусственных водохранилищ, выбросы теплорадиационных и загрязненных вод, масляных отработок; на литосферу - модификация ландшафта, использование минеральных топлив.
При производстве фотоэлементов для солнечных модулей, объем вредных веществ не превышает допустимую величину для производственных предприятий энергетической промышленности. Фотоэлементы обладают определённым сроком эксплуатации, который составляет 30-50 лет. Применение кадмия в производстве отдельных фотоэлементов, для увеличения рентабельности преобразования солнечной энергии, преследует отягощающая проблема их обезвреживания и утилизации, которая не имеет экологичного решения, хотя данные элементы имеют малое распространение,
и при современном промышленном производстве разновидностям кадмия уже найдена замена.
В последние годы большими темпами стало развиваться производство тонкоплёночных фотоэлементов. Они содержат приблизительно 1% кремния от всей массы подложки, на которую впоследствии наносится микроплёнка. Из-за малого расхода материалов на активное покрытие, тонкоплёночные кремниевые фотоэлементы недороги в производстве, но стоит заметить, что они обладают неустранимой деградацией технических характеристик, а также малой эффективностью с течением времени. Помимо этого большое распространение получили тонкоплёночные фотоэлементы с использованием других полупроводниковых элементов. Например: Смиг (селенид меди-индия-галлия), являющийся серьезным конкурентом для кремния. Из первоисточников известно, что корпорация «SHELL» в 2005 г. решила направить свои ресурсы для производства тонкоплёночных фотоэлектрических элементов, а также выставила на продажу свой бизнес по производству монокристаллических фотоэлементов на основе кремния [1].
Если учесть вышеперечисленные факторы, которые оказывают негативное влияние на энергетику и среду обитания, потребление энергии не вызвало сильной тревоги у общества. Окружающая среда - источник жизни человека, а ископаемые ресурсы и вырабатываемая из них энергия являются основой современной цивилизации. Без энергетики у человечества нет будущего [2]. Однако такое мнение бытовало недолго, до 70-х годов ХХ века, после чего ученые обнародовали многочисленные данные, в которых свидетельствовалось о том, что при неуправляемой степени потребления энергии существует угроза существенного антропогенного давления на климат.
Последовало выдвижение главной проблемы общественности - грядущее и наступившее изменение климата.
Энергетика стала первостепенной причиной изменения климата. Производство энергии приводит к большому количеству выбросов вредных веществ в окружающую среду, так как значительная доля получаемой энергии высвобождается посредством сжигания других энергетических ресурсов (угля, продуктов нефтепереработки, природного газа).
Большой вред мировой экономике наносит такой обыденный подход выработки энергии, в особенности очень ощутимо для стран, которые не до конца перешли на индустриальную стадию потребления электроэнергии. К таким государствам относится и Россия. Воздействие на климат Земли, помимо парникового эффекта, вызываемого переработкой ресурсов для получения энергии, оказывает большое количество естественных причин, например, изменение радиоактивности солнца, вулканическая деятельность, изменения параметров орбиты и оси Земли, изменение альбедо.
Рассмотреть проблему более точно можно в том случае, если учесть всю совокупность вредных факторов, оказываемых воздействие на энергетику и среду обитания. Также следует принять во внимание, отразится ли это на
мировом энергопотреблении и стоит ли человечеству ограничивать количество потребляемой энергии, чтобы избежать глобального потепления.
Большая часть электроэнергии вырабатывается на ТЭС, ГЭС, АЭС соответственно. В мировой структуре выработки электроэнергии примерно 60% занимает ее производство на ТЭС. На рисунке 1 представлено процентное распределение выработки энергии в России в 2015 году [3].
0,0411
16,5%
65,4%
I Тепло в ые электростанции 1 Гццроэлекгрост анции I -томные электростанции ¡1 Еегров ые электростанции ■ Геотермальные электростанции
Рисунок 1 - Процентное распределение выработки энергии в России
Топливом ТЭС являются ископаемые ресурсы такие, как мазут, газ, уголь, сланцы, торф, дизель. Помимо топлива ТЭС использует огромное количество воды. Ископаемое топливо является не возобновляемым ресурсом. По оценкам ученых угля на Земле хватит минимум на 270 лет, нефти - на 64 года, природного газа - на 55 лет. КПД ТЭС составляет около 40%. Суточное сжигание топлива рядовой ТЭС мощностью в 2 млн. кВт составляет 2 тыс. тонн мазута, 15 тыс. тонн угля, 100 тыс. м воды. Для охлаждения вырабатываемого пара на ТЭС необходимо затрачивать 6 млн. м воды каждый день, из чего следует загрязнение охлаждающего водоема.
При работе ТЭС в окружающую среду поступает огромное количество токсичных и радиационных отходов. Происходит это потому, что, к примеру, обыкновенный уголь или его сожженные остатки содержат примеси множества токсичных элементов, таких как уран, причем в немалых количествах. С ростом количества ТЭС, влияние их на атмосферу Земли становится более ощутимым, повышается темп поглощения кислорода по сравнению с темпом его выработки фотосинтезом растений, также увеличивается концентрация углекислого газа, что способствует усугублению парникового эффекта.
Одним из самых многообещающих видов ископаемого топлива является уголь. Его запасы во много раз превышают обнаруженные запасы газа или нефти. В РФ, США и Китае находятся крупнейшие залежи угля. Однако на сегодняшний день подавляющее большинство вырабатываемой на ТЭС энергии производится посредством сжигания нефтепродуктов. Таким образом, состояние мировых запасов полезных ископаемых на сегодняшний день не соответствует объемам его потребления. Если в будущем совершить переход на уголь, в качестве основного сжигаемого ископаемого то-
плива, то это вызовет большие экологические проблемы, изменения структуры промышленности и преобразование образа жизни человечества.
При анализе гидроэлектростанции можно выделить следующие основные преимущества:
- во-первых, при выработке энергии ГЭС не выделяет окислов азота и серы, угарного газа и углекислоты, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не происходит загрязнения почвы;
- во-вторых, контроллинг вырабатываемой мощности ГЭС значительно легче. Это осуществляется путем изменения скорости водяного потока;
- в-третьих, вода является одним из возобновляемых источников энергии, по крайней мере, до тех пор, пока ручьи и реки не пересохнут;
- в-четвертых, себестоимость электроэнергии на ГЭС достаточно низкая.
Следует заметить, что даже если построить ГЭС на каждой, достаточно крупной реке, то этого хватит на обеспечение лишь четверти современных потребностей человечества. Потенциал гидроэнергетики РФ не превышает 20%. На фоне стран «Большой семерки» эффективность применения гидроресурсов России в среднем в 3 раза меньше, то есть в этом направлении у нашей страны видны определенные перспективы.
Стоит помнить то, что ГЭС, построенная на равнинной реке, может привести к ряду экологических проблем. Всё дело в том, что водохранилища, необходимые для работы ГЭС, способны оказывать влияние на климат на территориях в радиусе до ста километров от электростанции.
Часто при строительстве водохранилищ не учитывается расположение естественных нерестилищ, что влияет на размножение многих рыб, также подтопляются огромные площади плодородных земель. В связи с тем, что реки горной местности обладают более бурным характером в сравнении с равнинными, ГЭС, расположенные на них, также обладают большей производительностью. Плюсом строительства ГЭС в горных районах является то, что водохранилища не подтопляют ближайшие плодородные земли.
Проанализируем атомные электростанции. Относительная экологическая чистота - главное достоинство АЭС. ТЭС при эксплуатации выбрасывает большое количество вредных веществ, таких как: сернистый газ, оксиды азота и углерода, альдегиды и золовая пыль; подобные выбросы на АЭС полностью отсутствуют.
Огромный период времени АЭС считались полноценной заменой ТЭС, так как первая меньше влияет на глобальное потепление и более экологична. Единственный фактор, в котором АЭС уступают в экологическом плане ТЭС - тепловое загрязнение, вызванное большими расходами технической воды для охлаждения конденсаторов турбин, которое у АЭС несколько выше из-за более низкого КПД (не более 35 %).
Этот фактор важен для водных экосистем, а современные АЭС, в основном, имеют собственные искусственно созданные водохранилища-
охладители или вовсе охлаждаются градирнями. Идея замены ТЭС на АЭС прекратила своё существование после аварии на Чернобыльской АЭС. Произошла констатация основных проблем эксплуатации атомных электростанций: режим работы реакторов не безопасен, происходит понижение степени эмиссии углекислого газа, угроза распространения ядерного оружия. К сожалению, данный список проблем не ограничивается вышеуказанными.
На рисунке 2 представлен топ 10 стран по выработке электрической энергии из альтернативных источников на период конец 2015 г. - начало 2016 г. Несложно заметить, что солнечная энергия в большинстве стран попросту не используется.
Ц гидроэлеггровнергия Ц ветер биотопливо солнце, энергия волн и приливов Ц геотермальная энергия
ДО* и
О ^ "ЛРД- кЗт/часов £~ ~7 млрд. кЗт/часов Л Ц" П млрд. кЗт/часов ^ О млрд. кЗт/часов
М I 111 из возобновляемы» ) / / из возобновляемых ¿1 М из возобновляемых ) гл из возобновляемых
^^ ИСТОЧНИКОВ - ' источников 1 источников ' ^^ источников
1. Китай_^И^США_^Н 3. Бразилия Щ 4. Канада
Б.Россия 6. Индия Д 7.Германия Д в.Норвегия п ...........Iii IIi и um i
Рисунок 2 - Топ 10 стран по выработке электрической энергии из альтернативных источников на период конец 2015 г. - начало 2016 г.
Таким образом, использование альтернативных источников энергии, таких, как солнечных, геотермальных, волновых, может защитить нашу Землю от климатических изменений, стабилизировать экологическую обстановку, повысить уровень и качество жизни социального здоровья населения.
Список литературы
1. Официальный сайт «Бизнес и солнечная энергетика». Режим доступа URL http://aenergy.ru/1733, свободный (дата обращения: 18.10.2016).
2. Мишустин М.С., Преликова Е.А. Влияние линий электропередач на окружающую среду и здоровье человека // Актуальные проблемы экологии и охраны труда сборник статей VII Международной научно-практической конференции. Юго-Западный государственный университет; редакционная коллегия: Л.В. Шульга (отв. редактор), В.М. Попов, А Н. Барков, В В. Юшин, В В. Протасов, Е.А. Припачкина. 2015. С. 271-276.
3. Воронцов Р.С., Преликова Е.А. Экономия электроэнергии на металлообрабатывающих предприятиях как один из способов предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций // В сборнике: Современные материалы, техника и технология материалы 5-й Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор Горохов А.А.. 2015. С. 37-41.
4. А. да Роза. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы. — М.: Интеллект, МЭИ, 2010. — 704 с.
5. Официальный сайт «Бизнес и солнечная энергетика». Режим доступа URL http://businessviews.com.ua/ru/economy/id/top-10-stran-proizvoditelej-alternativnoj-energii-150/, свободный (дата обращения: 18.10.2016).
6. Панич Н. В., Тюкина Т. А. Экологические проблемы современности. — М.: МГИМО-Университет, 2012. — 102 с.
7. Современные способы сортировки, переработки и утилизации полимерных отходов/ Тимофеев Г.П., Юшин В.В., Преликова Е.А.// В сборнике: Актуальные проблемы экологии и охраны труда, Сборник статей II международной научно-практической конференции. ответственный редактор: Л.В. Шульга. 2010. С. 211-215.
8. Экономия электроэнергии на металлообрабатывающих предприятиях как один из способов предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций/ Воронцов Р.С., Преликова Е.А.// В сборнике: Современные материалы, техника и технология, материалы 5-й Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор Горохов А.А.. 2015. С. 37-41.
Kanunnikov Andrei Mikhailovich, student (e-mail: ficsik97@gmail.com) Southwest state university, Kursk, Russia Prelikova Elena Anatolievna, teacher (e-mail: VIPLenoK46@yandex.ru) Southwest state university, Kursk, Russia Golovnya Mikhail Pavlovich, student (e-mail: mihail.golovnya@yandex.ru) Southwest state university, Kursk, Russia
MANAGING THE PROCESS OF FORMATION OF ELECTRICITY
Abstract. In this article are considered questions of development of the alternative solar power engineering, and also ecological threats in the course of formation of a power engineering in general. Relevance of the matter is caused by the fact that the carbon resources used for power generation quickly are exhausted and leave many toxiferous connections after processing, as demands use of pollution-free renewables. One of such is solar energy.
Keywords: solar power engineering, environmental problems, energy, photo cell, power economy.
