VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
История науки и техники Электроэнергетика и ее воздействие на окружающую среду
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
История есть наука о будущем. Чтобы управлять нашим будущим и направлять его к нужным целям в областях науки,техники,электроэнергетики,надо знать историю их развития,уметь пользоваться ее уроками.
Знание истории развития науки и техники, этого важнейшего направления деятельности любого государства, позволяет правильно оценить существующую обстановку в электроэнергетической отрасли, учесть опыт предыдущих поколений и развивать отрасль с учетом этих факторов.
Развитие электроэнергетики есть мощная сила, которая влияет на жизненный уровень людей, изменяет характер общества, является причиной социальных перемен и направляет общественное развитие.
В данной работе рассматриваются вопросы воздействия электроэнергетики на окружающую среду и возникающие при этом проблемы.
Цель работы: Изучение вопросов воздействия электроэнергетики на окружающую среду и возникающие при этом проблемы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Изучить техническую литературу по выбранной тематике
Изучить процессы производства электроэнергии на электрических станциях
Изучить влияние производства электроэнергии на окружающую среду.
1 Электроэнергетика и ее воздействие на окружающую среду
Процесс производства электроэнергии и теплоты на электрических станциях сопровождается значительным взаимодействием с внешней средой.
Земля – уникальное небесное тело Солнечной системы. Ее поверхность и окружающая ее среда имеют несколько сфер:
литосфера – твердая поверхность;
гидросфера – водная часть Земли;
атмосфера – воздушная часть;
биосфера – биологическая часть;
ноосфера – разумная сфера, сфера разума (сфера взаимодействия Природы и человека, где разумная человеческая деятельность является основным решающим фактором).
Выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863- 1945) , разработал учение о биосфере, а позже и о ноосфере, согласно которому все живыеорганизмы, включая человека, и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Фото выдающегося ученого представлено на рисунке 1.
Рисунок 1- В.И.Вернадский
Биосфера на Земле возникла под влиянием солнечной энергии и длительных биохимических процессов. Человек, как элемент биосферы, появился сравнительно недавно, в один из поздних этапов ее эволюции. На Земле за всю историю человечества жило примерно 20 тысяч поколений людей.
Дотого,каквозниклоскотоводствоиземледелиеипроизошелпереход от собирательства к производству, человек жилвполной гармонии с Природой. Затем человек стал активно внедряться в природную сферу и переделывать природу все более и более интенсивно. До ХХ в. активность человека носила более или менее локальныйхарактер, а в ХХ в. она охватывает всю биосферу и носит уже глобальный характер.
Жак Ив Кусто писал: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу».
В своих трудах последнего периода В.И. Вернадский указывал на необходимость перехода к ноосфере – сфере разума, когда хозяйственная деятельность человека будет точно соизмеряться с ее влиянием на все сферы Земли, а особенно на живое вещество.
Природа – живой организм, где взаимообусловленность всех процессов саморегулируется. Как всякий организм она адаптируется, приспосабливаясь к изменяющимся условиям. Однако, общий прогресс в настоящее время достиг такого уровня, что промышленность и энергетика оказывают существенное влияние на биосферу, литосферу, гидросферу и атмосферу из-за соизмеримости мощностей процессов в созданных человеком системах и глобальных процессов в Природе.
Посмотрим значение мощностей процессов, происходящих в природе и в искусственно созданных человеком установках:
Излучение Солнца на Землю – 1017Вт; Все реки и водопады на Земле – 1015Вт; Все электростанции мира – 1012Вт; Все авиалайнеры – 1011Вт;
Все автомобили – 105Вт;
Взрыв атомной бомбы – 1015Вт.
Напрашивается вывод – выбор и принятиерешений человека должны зависеть, прежде всего, не от технических или технико- экономических норм общества, а от социально-этических и нравственно-гуманистических норм общества и целей его развития.
Научно-технический прогресс в электроэнергетике развивается по линии использования все более калорийных видов топлива, преимущественно леса, торфа, угля, нефти, газа, позднее ядерного топлива.
То, что создавалось природой за миллионы лет эволюции – лесные массивы, биологически чистая вода, воздух, торф, нефть, уголь, газ – начинает частично деградировать,иссякать.
Приведем некоторые цифры касающиеся биосферы – области, занятой живыми существами ирастительностью.
Биосфера имеет 2-е структурные части:
континентальную – 29 % всей поверхности Земли,и
океаническую – 71 %Земли.
Примерно 98 % гидросферы составляют моря и океаны, и только
2 % – пресная вода материка.
Адсорбируя солнечную энергию, растительный мир планеты за год образует 180 млрд т биомассы и 300 млрд т кислорода.
Биомасса служит основой питания животного мира, включая и человека, а также основой образования древесины, торфа, угля, нефти и газа.
Доля кислорода в атмосфере уменьшается от сжигания топлива на электростанциях и вкотельных.
Самолет, пролетая тысячу километров, использует 35 т кислорода, а при взлете и посадке выбрасывает в атмосферу столько ядовитых веществ, сколько 6 000 автомобилей.
Автомобиль, пробегая 1 000 км, расходует годовую норму потребления кислорода человеком.
Ежегодно на Земле сжигается более 10 млрд т кислорода.
Атмосфера выполняет функцию защитного покрова Земли, предохраняющего ее от чрезмерного остывания и чрезмерного нагревания.
Содержание углекислого газа СО2 в атмосфере не должно превышать 0,03 %, а у нас на Земле, особенно в крупных промышленных центрах, это число превышено более чем в 3-4 раза. Это происходит от сжигания органического топлива на электростанциях, в котельных, на металлургических и других заводах.
Увеличение объема СО2 идет еще и из-за сокращения площадей, занятых лесами, лугами; от загрязнения поверхностей морей и океанов нефтепродуктами. Сокращение растительного покрова Земли идет за счет увеличения площадей под пашни, под города и дороги, искусственные водоемы.
На поверхности Земли осаждаются отходы в виде золы, отвалов породы, вынутой из шахт, осаждается сера и другие частицы. Запыленность воздуха в городах в десятки раз больше, чем в сельской местности.
В моря и океаны ежегодно попадает от 6 до 12 млн т нефти и нефтепродуктов из-за аварий танкеров, их очистки, от нефтяных морских скважин. А одна тонна нефти покрывает пленкой до 12 км2 акватории. Уже сейчас нефтяной пленкой покрыто 1/5 часть поверхности морей и океанов.
Увеличение концентрации СО2 может привести к повышению на несколько градусов температуры низких слоев атмосферы (парниковый эффект), а это может привести к таянию ледников Гренландии и Антарктиды и затоплению части суши, на которой проживает 1/4 часть населения Земли.
В мире добывается 4 млрд т нефти и газа, более 2 млрд т угля, примерно 20 млрд т горной массы в виде руды ежегодно извлекается из Земли.
Природа Земли, продолжая обеспечивать человечество необходимыми ресурсами для развития производства энергии, развития промышленности, начинает изменяться, утрачивая свою способность быть средой обитания для человека.
Рассмотрим влияние производства электроэнергии на окружающую среду. Производство электроэнергии является энергоемким производством, и его доля влияния на окружающую среду (имеется в виду вредное влияние) довольно значительна.
2 Влияние производства электроэнергии на окружающую среду
2.1 ТЭС – тепловые электростанции
В топках котлов ТЭС сжигается органическое топливо. При этом потребляется кислород и выделяется углекислый газ – СО2 . Больше всего СО2 выбрасывают в атмосферу угольные станции, немного меньше ЭС, работающие на мазуте или природном газе. Атомные и гидростанции СО2 не выделяют.
ТЭС выбрасывают в атмосферу, кроме СО2, сернистый ангидрид SО3 , который соединяясь с атмосферной влагой: H2O + SO3 = H2SO4 , образует серную кислоту, выпадающую на Землю с дождем в виде «кислотных дождей». Они губят растительность, закисляют почву, вызывают коррозию металлоконструкций, раздражают дыхательные пути человека. Выбросы в атмосферу промышленного предприятия показаны на рисунке 2.
Рисунок 2- Выбросы в атмосферу промышленного предприятия
При высоких температурах в топках котлов образуются оксидыазота
– NO, которые также пагубно влияют наорганизм человека и животных.
При неполном сгорании топлива в атмосферу попадают твердые частички, образуется угарный газ СО, при вдыхании которого человек может потерять сознание или даже умереть.
В небольших количествах выделяются еще другие вещества, вредно влияющие на человека. Кроме всех этих веществ на угольных электростанциях образуется довольно большое количество золы, которая занимает много места, засоряет атмосферу и содержит некоторый процент изотопов радия, создавая определенный радиационный фон вокруг золоотвалов.
В нашей стране разработаны значения предельно допустимых концентраций – ПДК для различных загрязнителей. Приведем некоторые из них в таблице 1.
Таблица- 1 ПДК вредных выбросов в атмосферу
|
Вещество |
Химическая формула |
ПДК, мг/м3 |
|
Диоксид азота |
NO2 |
0,085 |
|
Диоксид серы |
SO2 |
0,5 |
|
Оксид углерода |
CO |
5 |
|
Углекислый газ |
CO2 |
0,03 |
Превышение загрязнителей выше ПДК опасно для здоровья. В качестве поучительного примера можно привести подлинное событие, происшедшее в Лондоне в 1952 году, когда из-за смога в течение 10 дней умерло 4000 человек (уровень концентрации SO2 в эти дни был в атмосфере 4 мг/м3 ).
Некоторые электростанции, например ТЭС и АЭС загрязняют водоемы различными токсичными веществами – аммиаком, плавиковой и щавелевой кислотами, мышьяком, ртутью и др. Это происходит при химической очистке воды для котлов и при очистке котлов и трубопроводов при их плановых ремонтах.
Эти токсичные вещества влияют на обитателей вод бассейнов, заливов, рек и откладываются в растениях и рыбах, которые человек может употреблять в пищу.
Опасно также «тепловое» загрязнение воды, охлаждающей нагревающиеся в процессе работы электростанций агрегаты и системы. Доля сбросной в водоемы теплоты может быть очень большой (до 2/3 затраченной теплоты сгорания топлива АЭС).
Если водоем небольшой, вода значительно нагревается и могут погибнуть обитатели этой водной среды, а вода сделается токсичной.
Атомные электростанции не выбрасывают в атмосферу химических загрязнителей как ТЭС, однако у них тоже есть вредные выделения – радиоактивные нуклиды йода или инертных газов. Они имеют малый период полураспада, выдерживаются какое-то время в газ-гольдерах, а затем выбрасываются через трубу станции в атмосферу (активность их снижается перед выбросом в десятки раз).
Радиоактивные жидкие отходы АЭС выпариваются, а сухой остаток заливается бетоном или стеклом, помещается в металлический контейнер, а затем захоранивается в могильниках.
АЭС экологически более чисты, чем ТЭС, однако существуют проблемы повышенной опасности на АЭС и проблемы переработки и хранения отработавшего ядерного топлива, а также оборудования АЭС, отслужившего свой срок службы.
2.2 Гидроэлектростанции
Гидроэлектростанции – ГЭС не загрязняют атмосферу вредными выделениями, не загрязняют гидросферу и не повышают температуру атмосферы и водоемов, но и у них имеется вредное воздействие на окружающую среду.
При строительстве ГЭС надо предусмотреть запасы воды в верхнем бьефе реки, т.е. надо соорудить водохранилище. При этом, если местность вокруг ГЭС равнинная, приходится затапливать участки суши, куда нередко входят плодородные земли, поселки и даже небольшие города.
Повышение уровня воды в верхнем бьефе вызывает подъем грунтовых вод, заболачивание берегов, засоление почв, заиливание водоема.
Построение плотины ГЭС затрудняет проход для рыбы, которая обычно идет на нерест против течения реки. Рыбоподъемники не очень удачно решают эту проблему.
Увеличение зеркала воды в искусственных водохранилищах нередко влияет на климат местности.
Постройка плотин в высокогорной местности нередко нарушает геологическое равновесие и может привести к землетрясениям.
2.3 Электростанции на возобновленных источниках энергии
Эти электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии, как будто лишены многих недостатков ТЭС, АЭС, ГЭС, но нужно отметить, что в силу их недавнего и немногочисленного использования не выявились еще все положительные и отрицательные стороны их воздействия на окружающую среду и человека.
Что касается передачи электроэнергии по кабелям и проводам воздушных линий передач, то они также имеют определенные вредные воздействия на человека и окружающую среду.
На протяжении всей высоковольтной линии передачи вырубается лес и лесопосадки (ширина полосы 50-100 метров), землепользование на этой полосе исключено.
Электромагнитное излучение вблизи ЛЭП оказывает вредное воздействие на живые организмы, вызывает ионизацию воздуха и вызывает помехи в линиях связи.
Развитие энергетики – основного источника комфортного обитания человека и эффективности его жизнедеятельности - затрагивает не только науку, но и общество в целом. Быстрый рост населения Земли, интенсивное развитие всех отраслей энергетики, возрастающее воздействие на окружающую среду, конечность большинства первичных энергоресурсов – вот неполный комплекс проблем,которые нужно решать не только для отдельных стран и регионов, но и в мировом масштабе.
Заключение
Знаниеисторииразвитиянаукиитехники,этоговажнейшего
направлениядеятельностилюбогогосударства,позволяетправильнооценитьсуществующуюобстановкувэлектроэнергетическойотрасли,учестьопытпредыдущихпоколенийиразвиватьотрасльсучетомэтихфакторов.
Развитиеэлектроэнергетикиестьмощнаясила,котораявлияетнажизненныйуровеньлюдей,изменяетхарактеробщества,являетсяпричинойсоциальныхперемени направляетобщественноеразвитие.
Результаты данной работы будут учтены при создании учебного пособия по дисциплине «История науки и техники. Электроэнергетика» и могут быть интересны и полезны всем тем, кто интересуется историей развития электроэнергетики.
Список использованных источников и литературы
Безруких П.П. Экономика и перспективы использования возобновляемых источников энергии в России. // Электро– 2002.
Володин В.В., Хазановский П.М. Энергия, век двадцать первый. – М.: Энергоатомиздат,1996
Катанович Б. Планета и цивилизация в опасности - М.: Мысль.1985
Лабейш В.Г. История энергетики и среда обитания человека. -СПб.:СЗПИ, 1999.
Юдасин Л.С. Энергетика: проблемы и надежды. – М.: Энергоатомиздат, 2000.
Энергетика сегодня и завтра /Под ред. А.Ф. Дьякова.– М.: Энергоатомиздат,1990.