OOS_Konspekt_dlya_zaochnikov_2020-2021

нарушением экологического равновесия, к их прогнозированию и предотвращению («борьба с причинами»); -увеличение объема и повышение точности информации о состоянии

окружающей природной среды и об источниках экологической опасности для принятия адекватных решений по управлению городским развитием; -широкое распространение экологической информации, затрагивающей интересы населения, и обеспечение участия общественности в принятии решений; -непрерывное экологическое образование и воспитание населения для

формирования мировоззрения граждан всех возрастов на основе глубокого уважения к природе.

Основными объектами экологической безопасности выступают человек (личность) с его правом на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду; общество с его материальными и духовными ценностями, зависящими от экологического состояния территории города; благоприятная экосистема города как основа устойчивого развития общества и благополучия будущих поколений. Под безопасностью понимается качественное состояние общества и

государства, при котором обеспечивается защита каждого человека, его прав и гражданских свобод, а также надежность существования и устойчивость развития страны, защита ее основных ценностей, материальных и духовных источников жизнедеятельности, конституционного строя и государственного суверенитета, независимости и территориальной целостности от внутренних и внешних врагов.

Безопасность сложной системы определяется не только субъектами защиты или факторами внешней защищенности, сколько внутренними свойствами - устойчивостью, надежностью, способностью к авторегуляции. В наибольшей степени это относится именно к экологической безопасности. Человек, общество, государство не могут быть гарантами собственной экологической безопасности до тех пор, пока продолжают нарушать устойчивость и биотическую регуляцию окружающей природной среды. Загрязнение природной среды газообразными, жидкими и твердыми веществами и отходами производства, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социальное и экономическое значение.

Риск воздействия загрязнителя того или иного вида определяется как вероятность возникновения у человека или его потомства какого-либо вредного эффекта в результате этого воздействия. Методология анализа рисков позволяет построить "шкалу", при помощи которой, можно проводить оценки и сравнения воздействия на окружающую среду и

51

здоровье человека неблагоприятных факторов. Методология оценки и сравнения рисков в настоящее время не просто инструмент научных изысканий, но и официально признанный Министерством здравоохранения метод анализа. В области практического анализа рисков связанных с воздействием химических вредных веществ работы только начинаются. Принципиальная схема обеспечения экологической безопасности города, урбанизированных территорий региона 2) в сфере охраны окружающей природной среды и восстановления природных комплексов:

-создание системы управления качеством окружающей природной среды с учетом сопредельных территорий; -создание единой системы мониторинга окружающей среды и здоровья

населения в разрезе муниципального образования с учетом сопредельных территорий и трансграничного переноса загрязнений; -реабилитация загрязненных территорий города, сохранение и восстановление лесов, парков, скверов и зеленых насаждений, их разнообразия;

-обеспечение экономного использования природных ресурсов, реализация политики энерго- и ресурсосбережения, достижение устойчивости экосистем УТ;

Тема_11_ Нетрадиционные источники энергии: гелио-, гидро-, ветро-, биоэнергетика и перспективы развития в РБ.

Потенциал использования солнечной и ветровой энергии Электромагнитное излучение Солнца, образующееся за счет ядерного синтеза, является практически неисчерпаемым источником энергии для Земли. Средняя продолжительность солнечного сияния в Беларуси составляет 1815 ч в год. Изучением возможностей использования солнечной энергии занимается гелиоэнергетика.

Гелиоэнергетика развивается по двум направлениям.

По первому направлению солнечная энергия преобразуется в тепловую и используется для следующих целей:

•подогрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения зданий;

•подогрева воздуха в устройствах воздушного отопления и кондиционирования;

•сушки сельскохозяйственных культур, лесоматериалов;

•опреснения воды в солнечных дистилляторах;

•приготовления пищи;

•привода абсорбционных холодильников, тепловых насосов и т. д. Второе направление связано с прямым и непрямым преобразованием солнечной энергии в электрическую. Перспективными для республики

52

являются солнечные батареи с пиковой мощностью 3 кВт на крышах зданий, установки мощностью 100-500 кВт, размещенные на открытых пространствах, и комбинированные установки мощностью от 4 до 40 кВт с аккумулятором, работающие параллельно с дизельным или газовым генератором.

В коммунальном хозяйстве применимы два варианта использования солнечной энергии.

Первый вариант предусматривает пассивное применение энергии Солнца методом строительства домов «солнечной архитектуры». По второму варианту энергия Солнца может использоваться для горячего водоснабжения и отопления здания с помощью солнечных коллекторов. Ветроэнергетика - это использование механической энергии ветра с последующим ее преобразованием в электрическую. По прогнозам специалистов, к 2020 г. ветровая энергия может обеспечить 10 % потребности в электроэнергии в мире. Считается, что энергию ветра можно эффективно использовать при его скорости не менее 5 м/с. . В настоящее время известно более 1840 мест со среднегодовой скоростью ветра 5,3-6,1 м/с, где применение ВЭУ будет экономически целесообразно.

Основным направлением использования ВЭУ в нашей республике на ближайший период будет применение их для привода насосных установок и питания другого электрооборудования. ВЭУ могут быть также перспективными в сочетании с мини гидроэлектростанциями для перекачки воды. Автономные ВЭУ должны комплектоваться резервными источниками электроэнергии, работающими на органическом топливе, или аккумуляторными батареями.

Гидроэнергетика - это наиболее развитая на сегодняшний день область энергетики на возобновляемых ресурсах, использующая энергию падающей воды, волн или приливов. В РБ практически можно использовать лишь около 30 % потенциала малых рек и водотоков. Разработанная концерном «Белэнерго» программа развития и восстановления гидроэнергетики в стране предусматривает возведение ряда малых ГЭС на реках республики. Будут построены каскады МГЭС на Западной Двине и Немане.

Геотермальные энергетические ресурсы в условиях Беларуси представлены теплотой горячей воды, поступающей из глубины Земли. Наиболее благоприятные условия для образования термальных вод имеются в Припятской впадине. Температура воды в устье скважин составляет 35-50

°С.

Для Беларуси весьма перспективной и на будущее является биоэнергетика, основанная на использовании накопленной энергии в биомассе.

53

Биомасса - это наиболее дешевая и крупнотоннажная форма аккумулирования возобновляемой энергии, представляющая собой сложный комплекс веществ, из которых состоят растения и животные. В техническом смысле под биомассой понимают любые материалы биологического происхождения, продукты жизнедеятельности и отходы органического происхождения.

В Беларуси источники биомассы подразделяются на несколько групп:

•продукты естественной вегетации (древесина и древесные отходы, торф, листья и т.п.);

•отходы сельскохозяйственного производства (навоз, птичий помет, ботва, солома и т. п.);

•специально выращиваемые агрокультуры и растения;

•отходы жизнедеятельности людей, включая и их производственную деятельность (коммунальные отходы, другие отходы производства и потребления, шламы очистных сооружений и др. ).

К горючим вторичным энергоресурсам относятся также технологические отходы производства. Кроме того, Беларусь имеет значительный потенциал для производства топливного этанола и биодизельного топлива из рапса и сои.

При получении дизельного топлива выделяется побочный продукт — глицерин, который необходимо очистить до такой степени, чтобы использовать в косметике, парфюмерии, пищевой промышленности. Поскольку глицерин импортируется в Беларусь, то собственное его производство — значительный плюс для нашей экономики. Кроме того, из масла рапса можно выделять витамины. В процессе выработки биотоплива в качестве отходов получают вещества, из которых после дополнительной очистки вырабатываются белково-витаминно-минеральные добавки. Дизельное биотопливо по своим физико-химическим параметрам является полным аналогом нефтяного дизельного топлива. Эти топлива могут быть смешаны в любых соотношениях без последствий для работы двигателя. Дизельное биотопливо не имеет запаха, легко смывается водой, если попадет на руки или даже одежду. Выхлопные газы также не имеют запаха. Биотопливо принадлежит к четвертому классу опасности. Состав этого топлива дает возможность при использовании его в автомобильных двигателях вообще не загрязнять воду и почву. При воздействии на почву примерно через 21 день оно полностью распадается на неопасные вещества, не разрушая микрофлору, чего не скажешь о дизельном топливе на основе нефти.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИ ПРОМЫШЛЕННОМ ПОЛУЧЕНИИ БИОГАЗА:

- происходит санитарная обработка сточных вод;

54

-уничтожаются патогенная микрофлора и семена сорняков;

-идет минерализация отходов азотом и фосфором - основных слагаемых удобрений, что обеспечивает их сохранение, тогда как при традиционных способах приготовлений удобрений методами компостирования безвозвратно теряется до 30-40% N2 и Р.

-в агропромышленных комплексах существует возможность полного

экологического цикла.

- биогаз можно использовать для освещения, отопления, вентиляции,

приготовления пищи, для привидения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов.

- биогазовые установки легко размещаются в любом месте и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов

Виды топлива, получаемые в результате переработки биомассы

Коммунальные отходы (КО), содержащие значительные количества горючих веществ, накопленные объемы шламов городских очистных сооружений, животноводческих комплексов, других органических отходов также могут быть переработаны путем их анаэробного разложения в биогаз, с последующим получением тепловой и электрической энергии.

В современных условиях постоянного повышения цен на энергоносители замена части видов технологического топлива, таких как природный газ и мазут, углеводородсодержащими отходами, в том числе использованными автомобильными шинами, является чрезвычайно актуальной. На ОАО «Красносельскстройматериалы» внедрен процесс сжигания изношенных автопокрышек на одной из цементных печей и разрабатывается техническая документация по частичной замене природного газа на эти отходы на других цементных заводах республики.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) республики включает добычу торфа и производство торфобрикетов; добычу нефти и нефтепереработку; разветвленную сеть газо-, нефте- и продуктопроводов; производство, передачу и распределение электрической и тепловой энергии.

55

В республике эксплуатируется 1377 торфяных месторождений. В настоящее время на территории Беларуси добывается около 1, 8 млн т нефти в год. Территория Беларуси перспективна также на твердые горючие ископаемые:

горючие сланцы.

На территории Белорусского Полесья известны весьма перспективные месторождения угля.

Тема_12_ Энергия и е виды. Способы производства и транспортировки.

Энергия (от греч. energeia - действие, деятельность) представляет собой общую количественную меру движения и взаимодействия различных форм материи.

Различают следующие виды энергии:

механическую, тепловую, электрическую, химическую, магнитную, электромагнитную, ядерную (атомную) и гравитационную.

Немногим более половины всей потребляемой энергии используется в виде теплоты для технических нужд, отопления, приготовления пищи, оставшаяся часть в виде механической, прежде всего в транспортных установках, и электрической энергии. Причем доля использования последней с каждым годом все более возрастает.

Механическая энергия проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тел, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах и механизмах.

Тепловая энергия представляет собой энергию неупорядоченного

(хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Она широко используется в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сжигания топлива.

Химическая энергия - это энергия атомов веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между ними. Химическая энергия может выделяться в виде теплоты при проведении экзотермических реакций (горение топлива) либо преобразовываться в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах.

Магнитная энергия - это энергия постоянных магнитов, обладающих большим потенциалом, но отдающим ее очень сложно.

Электромагнитная энергия - это энергия электромагнитных волн, т. е. движущихся электрического и магнитных полей.

Ядерная энергия представляет собой энергию, сконцентрированную в ядрах атомов

56

Гравитационная энергия - это энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел.

Электрическая энергия - энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Она является одним из наиболее совершенных видов благодаря следующим факторам:

•возможности получения ее в больших количествах вблизи месторождений горючих ископаемых или водных источников;

•удобству транспортировки ее на дальние расстояния с относительно небольшими потерями;

•способности трансформации в другие виды энергии - механическую, тепловую, химическую, световую и др.;

•отсутствию химического загрязнения окружающей среды;

•возможности создания принципиально новых технологических процессов с высокой степенью автоматизации и роботизации производства.

радиоактивных веществ.

Получение, преобразование и транспортировка энергии

Получение и превращение энергии производится на специальных станциях. Название станции, как правило, соответствует видам первичной энергии, превращающейся в другие вторичные виды энергии, чаще всего в электрическую. Например, тепловая электрическая станция (ТЭС) преобразует тепловую энергию в электрическую. В этот же вид энергии на гидроэлектростанции (ГЭС) или гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) превращается механическая энергия (кинетическая энергия движения воды); на атомной электростанции (АЭС) - атомная (энергия ядерного топлива); на приливной электростанции (ПЭС) - энергия приливов.

В нашей республике более 95 % энергии вырабатывается на ТЭС, которые по назначению делятся на два типа:

•конденсационные тепловые электростанции (КЭС), предназначенные только для выработки электроэнергии;

•теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированное производство электрической и тепловой энергии.

Принципиальная схема тепловой электростанции состоит: из котлапарогенератора (ПГ), турбины (Т), генератора электрического тока (Г), конденсатора (К) и насоса (Н).

Образующаяся при сжигании топлива тепловая энергия используется для подогрева воды и превращается в энергию водяного пара, которая в турбине переходит в механическую энергию вращения, а генератор превращает ее в электрическую. Непосредственно тепловая энергия для нужд потребления может быть отобрана в виде пара из турбины либо котла-парогенератора.

57

Конденсатор пара служит для утилизации теплоты парообразования охлаждающей водой.

Технологическая схема ТЭЦ отличается тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар под давлением нагревает воду, подаваемую в тепловую сеть.

Таким образом, технология преобразования энергии на ТЭС может быть представлена схемой:

Для производства водяного пара или горячей воды используют котельные установки. В зависимости от производительности они могут быть районными производственными котельными, служащими для централизованного теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства, или локальными, которые обеспечивают тепловой энергией одно или несколько зданий.

Для повышения КПД теплоэнергетических станций в настоящее время широко применяют газотурбинные и парогазовые установки, в которых в качестве рабочих тел используются водяной пар, воздух или дымовые газы.

Производство электрической энергии на гидроэлектрической станции состоит из следующих этапов:

•создание разных уровней воды в верхнем и нижнем бьефах;

•превращение энергии потока воды в энергию вращения вала гидравлической турбины;

•превращение энергии вращения вала в электрическую энергию с помощью гидрогенератора.

На гидроаккумулирующих электростанциях подача воды в водоем верхнего бьефа обеспечивается специальными насосами или обратными турбинами, которые могут работать в режиме насосов и тем самым

поддерживать необходимый уровень воды в водоеме.

Получение теплоты и электрической энергии на АЭС отличается от аналогичных процессов на ТЭС. Источниками энергии на АЭС является ядерное топливо, которое в специальных ядерных реакторах расщепляется с выделением огромного количества теплоты.

Наиболее широкое распространение получили двух- и трехконтурные АЭС. В двухконтурных схемах производства электроэнергии предусмотрены два самостоятельных контура - теплоносителя и рабочего тела. Общим элементом у них является теплообменник-парогенератор, в котором нагретый в реакторе теплоноситель отдает свою теплоту рабочему телу и при помощи циркуляционного насоса возвращается в реактор. Полученный

58

в парогенераторе пар подается в турбину, где совершает работу, конденсируется и возвращается в парогенератор.

Трехконтурная схема более дорогостоящая, но она обеспечивает более надежную защиту окружающей среды от радиоактивного загрязнения.

Транспортировка энергии включает в себя перевозку (перекачку) первичных энергоресурсов, передачу теплоты и электроэнергии. Примерно 30-40 % от массы добытых первичных энергоресурсов теряется при добыче, транспортировке и хранении.

Целесообразность передачи на расстояние тех или иных носителей энергии в основном определяется их энергоемкостью - чем выше значение теплоты сгорания топлива, тем выгоднее его перевозить на большие расстояния.

Транспортировка первичных энергоресурсов производится всеми видами транспорта:

с помощью водного, железнодорожного или автомобильного транспорта, трубопроводный транспорт.

Транспортировка тепловой энергии от источника до потребителей осуществляется тепловыми сетями.

Основным элементом современных тепловых сетей являются

предварительно изолированные теплопроводы, включающие стальную трубу, тепловую изоляцию из пенополиуретана и защитный кожух из пластмассы. Теплопроводы оснащены определителем течи, что позволяет достаточно точно устанавливать место повреждения и быстро устранять неисправности. Эти теплопроводы выдерживают высокие механические нагрузки и прокладываются непосредственно в грунте (бесканальная прокладка), что сокращает затраты на их монтаж и эксплуатацию.

Кроме того, теплопроводы могут прокладываться в проходных, полупроходных или непроходных каналах в грунте или над землей. При этом трубы оснащаются тепловой изоляцией в основном из минеральной ваты. Из теплопроводов формируется тепловая сеть, связывающая источники энергии с потребителями.

При транспортировке теряется значительное количество теплоты. В некоторых случаях потери доходят до 50 %. Это связано с неудовлетворительной тепловой изоляцией и утечкой теплоносителя. Кроме того, при образовании конденсата за счет фазового перехода выделяется значительное количество теплоты, и увеличиваются потери давления на прокачку теплоносителя.

Для снижения теплопотерь рекомендуются следующие мероприятия:

•использовать теплопроводы с высокими теплоизоляционными свойствами;

•снижать уровень температур теплоносителя без ущерба для потребителя;

•по возможности заменять технологический пар горячей водой;

59

•своевременно с помощью конденсатоотводчиков удалять пар из паропроводов;

•ликвидировать утечки теплоносителя;

•использовать гибкие системы регулирования отпуска и распределения теплоты.

Транспортировка электрической энергии от электростанций потребителям осуществляется с помощью электрических сетей,

представляющих собой совокупность трансформаторных и преобразовательных подстанций, распределительных устройств и соединяющих их электрических линий (воздушных и кабельных), размещенных на территории потребителя. Линии электропередачи (ЛЭП) осуществляют связи между электростанциями и энергетическими системами для их параллельной работы. Такие межсистемные связи позволяют повысить надежность режимов работы энергосистем, сократить необходимый резерв мощности, облегчить функционирование энергосистемы в периоды максимальной и минимальной нагрузок.

Внашей стране применяются стандартные номинальные (междуфазные) напряжения трехфазного тока частотой 50 Гц в диапазоне 6-750 кВ, а также напряжения 0,66; 0,38 кВ. По величине напряжения электрические сети делятся на сети сверхвысокого (> 330 кВ), высокого (3-220 кВ) и низкого (< 1 кВ) напряжения.

Первичные и вторичные энергоресурсы, их классификация. Воздействие различных источников энергии на ОС. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ:

- не возобновляемые (истощаемые) и возобновляемые (не истощаемые). 1. Не возобновляемые источники энергии – природные запасы вещества и материалов, которые м.б. использованы человеком для производства энергии. (Уголь, нефть, газ, торф, сланцы, отходы металлургической промышленности, процессов химической и термохимической переработки углеродистого и углеводородного сырья).

12. Возобновляемые источники энергии – источники на основе постоянно существующих и ли периодически возникающих в ОС потоков энергии:

Солнца, ветра, тепловой энергии Земли, морей, океанов, рек, биомассы

(растений и животных).

Первичные энергетические ресурсы – носители первичной энергии,

которые не были подвергнуты какой-либо переработке. (Уголь, нефть, газ, торф, ГЭС и АЭС, дрова и пр. виды биотоплива).

Вторичные ЭР – энергоносители, получаемые в ходе любого технологического процесса, в результате недоиспользования первичной энергии, или в виде побочного продукта основного производства. (ВЭР)

Вторичные ЭР подразделяются:

60