Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Екологія arrow Техноекологія
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Використання термоядерної енергетики

У зв'язку з великою потенційною небезпекою АЕС для біосфери вчені та енергетики сьогодні покладають надії на добування енергії за допомогою термоядерних електростанцій (ТЯЕС). І хоча в світі не діє жодна ТЯЕС, деякі вчені переконані, що цей спосіб добування енергії стане головним у XXI сторіччі і витіснить АЕС та ТЕС. Найбільшою проблемою (вже понад 40 років) є забезпечення керованого термоядерного синтезу (КТС) в середовищі високотемпературної плазми (Т>108 °К). У перших системах КТС (токамаки, стелларатори, дзеркальні пастки) утримання і термоізоляція плазми здійснювались за допомогою магнітного поля, що у свою чергу вимагає значних енергетичних витрат. На сьогодні, енергетичні витрати на створення магнітного поля і плазми поки що перевищують кількість енергії, яка виділяється в процесі КТС.

На ТЯЕС енергія добуватиметься внаслідок злиття легких ядер ізотопів водню (дейтерію та тритію) та утворення ядер гелію. Нині над розробкою промислових термоядерних реакторів активно працюють в Росії, Канаді, США, Японії та в країнах Європейського союзу. Цей спосіб матиме безумовні переваги над тими способами, що використовується сьогодні на АЕС та ТЕС:

  • • внаслідок термоядерної реакції не утворюються радіонукліди, оскільки продуктом реакції є нерадіоактивний газ – гелій;
  • • ТЯЕС повинні бути безпечними в роботі, оскільки їх конструктивне рішення передбачає, що за будь-якого пошкодження чи порушення автоматично зупиняється реакція і вимикається реактор;
  • • в термоядерному реакторі водночас міститиметься лише декілька грамів дейтерію та тритію (порівняно з 180 т в реакторі АЕС).

Запаси дейтерію на Землі величезні, їх достатньо щоб забезпечити людство електроенергією на кілька мільйонів років (у 500 л. води з будь-якої водойми дейтерію вистачить на те, щоб задовольнити всі енергетичні потреби однієї людини протягом усього життя). Теплота, яка у великій кількості виділяється внаслідок термоядерної реакції, не може бути цілком перетворена на електроенергію й спричинятиме підігрів атмосфери та гідросфери Землі, тому на розвиток термоядерної енергетики накладаються обмеження щодо теплового режиму.

Робота термоядерного реактора супроводжується потужним нейтронним випромінюванням, а отже і радіоактивним забрудненням конструкції станції, тому після закінчення їх експлуатації реактори необхідно буде розбирати та захоронювати (так само, як і реактори АЕС).

До компонентів палива входить літій, запаси якого на Землі дуже невеликі, а родовища небагаті і трапляються дуже рідко, та тритій – штучний елемент який виробляється з великими енергетичними затратами.

З вище наведеного очевидно, що впровадження нових технологій має відбуватись на засадах енергозбереження, оскільки подальше зростання попиту на енергію буде супроводжуватися ростом цін на неї.

Воднева енергетика

До надзвичайно перспективних та екологічно привабливих джерел добування теплової та електричної енергії належить водень, який має високу теплотворну здатність і є екологічно чистим паливом, оскільки в результаті його згоряння утворюється лише водяна пара. Головними перевагами водню разом з екологічністю є практично невичерпна ресурсна база для його одержання та можливість універсального використання (в енергетиці, на транспорті, в елементах живлення різних електронних пристроїв і т. ін.). Широке використання водню як джерела енергії, стримується відсутністю ефективних водневих технологій, здатних замінити традиційну енергетику та існуючі традиційні види палива і технології на транспорті.

В Україні дослідження водневих технологій знаходяться в початковій стадії незважаючи на значну кількість наукових установ, які займаються цією проблемою. Для успішному розвитку технологій використання водню Україна могла б раціонально використати свою ресурсну базу – значні поклади цирконієвих руд, рідкоземельних елементів та промисловість з їхньої переробки для організації виробництва паливних елементів та інших складових водневих систем.

Найбільш динамічно роботи з водневої проблематики розвиваються у США, Канаді, Японії і країнах ЄС, де поряд зі значним обсягом науково-дослідних і дослідницько- конструкторських робіт, проводяться активні роботи з комерціалізації водневої енергетики (у США на цілі водневої енергетики виділяється до 1 млрд. доларів на рік). В країнах світу створена значна кількість енергетичних установок на паливних елементах потужністю від одиниць ват до мегават, які уже сьогодні конкурентоспроможні з установками, в яких використовуються традиційні технології.

Ресурсна база для одержання водню досить широка, хоча у природі він зустрічається тільки у вигляді різних сполук. Окрім води, з якої водень можна одержати шляхом електролізу з використанням електричної та теплової енергії, його можна отримувати практично з усіх викопних видів палива, а також з біомаси та різних відходів виробництва, побутових відходів тощо. У США, розроблено технології добування водню з глюкози або глюкозовмісних речовин, таких як крохмаль і целюлоза (деревина). Після обробки глюкози або її полімерів спеціальними ферментами, добутими з бактерій, вона перетворюється на глюкуронову кислоту із виділенням водню. За повідомленнями преси зазначені технології ще недосконалі (вихід водню поки що становить тільки 12% від теоретично можливого), тривають інтенсивні роботи в цій перспективній галузі. Найбільш відомі технології одержання водню базуються на хімічному, термотехнічному процесах та електролізі води, головними недоліками яких є необхідність використання високопотенційної енергії з витратами викопного палива і відповідно значним забрудненням довкілля. Недоліком електролізу води є значний рівень споживання електроенергії. Електролітичний водень є найбільш доступним, але й найбільш коштовним продуктом. Найбільше поширення отримала технологія виробництва водню або суміші водню з іншими газами шляхом парової конверсії природного газу – метану, але майже половина початкового обсягу газу витрачається на проведення ендотермічного процесу парової конверсії. Ведеться інтенсивний пошук таких технологій одержання водню, які б відповідали вимогам економічної та енергетичної ефективності та екологічної чистоти.

Найбільш доцільно для виробництва водню використовувати теплову і електричну енергію, що виробляють АЕС у так званому провальному режимі, тобто у нічний час, коли падає рівень звичайного споживання енергії. Перспективними є також електроліз води у поєднанні з нетрадиційними поновлюваними джерелами енергії (сонячною та вітровою) і використання високотемпературних гелієвих реакторів. Для розвитку водневої енергетики окрім виробництва самого водню проблемним питанням є створення економічної і надійної системи зберігання водню. Найбільш безпечними на сьогодні вважаються газобалонний, кріогенний і металогідридний способи зберігання. Перспективним для України вважається спосіб одержання водню шляхом газифікації вугілля, запасів якого в Україні достатньо. Продукт газифікації (водень) може використовуватися в паливних елементах для виробництва електричної і теплової енергії на електростанціях як для децентралізованого, так і для централізованого енергопостачання.

В Україні існує можливість одержання водню як побічного продукту у хімічних, коксохімічних та нафтопереробних виробництвах, а також використання для одержання водню скидних газів чи різних органічних сполук. Екологічний ефект від використання побічних продуктів досягається тим, що одержана з них енергія заміщує енергію, яка повинна вироблятись із викопного палива. Паливні елементи є кінцевою ланкою водневого циклу, а чистота попередніх ланок залежить від технологій переробки сировини і технологій одержання водню та поводження з ним (перетворення, транспортування та ін.). Крім того, властивості водню до акумулювання, можуть забезпечити рівномірний графік виробництва електроенергії сонячною та вітровою енергетикою за Несприятливих для них погодних умов. Використання паливних елементів на автомобільному транспорті дозволить значно покращити екологічний стан великих міст, які сьогодні потерпають від локальної концентрації продуктів згорання двигунів автотранспорту.

Технологічний ланцюг водню, який включає видобування (конверсія, електроди), його перетворення (до стиснутого або зрідженого стану, або закачування у гідриди), транспортування до місця його використання і безпосередньо використання в паливних елементах на кожному етапі потребує енергетичних витрат, що і визначає його відносно низьку загальну енергоефективність. Більш привабливі перспективи має водневий цикл, який базується на використанні енергії нетрадиційних відновлюваних джерел енергії, але ця енергія поки що є досить дорогою, як і самі водневі технології, включаючи виробництво паливних елементів. З часом, коли ці технології набудуть більш широкого розповсюдження і відповідно стануть більш дешевими, вони можуть стати конкурентоспроможними. Головними проблемними питаннями на цьому шляху є:

  • – підвищення ККД та покращення екологічних характеристик всього технологічного циклу водневої енергетики (виробництво водню, виробництво комплектуючих, перетворення палива в електроенергію);
  • – зменшення вартості водневого циклу перетворення;
  • – збільшення ресурсу експлуатації паливних елементів;
  • – забезпечення безпеки на всіх етапах виробництва, перетворення, зберігання, транспортування та застосування водню.

Перспективи розвитку енергетики України

У таблиці 2.8. приведено щорічні темпи приросту енергії від різних джерел.

З таблиці видно, що темпи зростання традиційних джерел енергії – нафти, газу, як і ядерної енергії наближуються до нуля. Це пояснюється тим, що ці джерела не є відновлюваними і з часом їх ресурси будуть вичерпані, за прогнозами вчених з “Римського клубу” запасів органічного палива вистарчить на 150 – 300 років. Що ж відноситься до ядерної енергії, варто не забувати, що запасів уранових руд на Землі, за прогнозами вчених з “Римського клубу”, може вистачити приблизно на 7000 років, проте гостро стоїть проблема безпеки експлуатації ядерних електростанцій

Таблиця 2.8

Щорічні темпи приросту енергії від різних джерел

Джерело енергії

Річний приріст, %

Вітрова енергія

22

Сонячна енергія

16

Геотермальна енергія

4

Гідроенергія

2

Нафта

2

Природний газ

2

Ядерна енергія

1

Вугілля

0

Можна припустити, що збалансований розвиток економіки України у найближчий час може базуватися лише на використанні природно-відновлюваних ресурсів у поєднанні з ядерною енергетикою. Але необхідною умовою є вирішення для ядерної енергетики низки надзвичайно важливих проблем:

  • • застарілі та небезпечні технології реакторів усіх типів, що є на українських АЕС (ВВЕР-1000, 1080, 440) і які постійно потребують фінансових витрат для підвищення безпеки;
  • • нездатність галузі самостійно фінансувати рекультивацію радіоактивно забруднених територій, зняття з експлуатації ядерних реакторів, що відпрацювали свій ресурс, обслуговування сховищ відпрацьованого ядерного палива та звалищ радіоактивних відходів і здійснення соціальних виплат постраждалим від Чорнобильської катастрофи.
 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші