Основы рационального использования природных ресурсов в условиях научно-технического прогресса

достаточного в течение дня времени излучения солнечной энергии. В южных

районах России, где время солнечной радиации составляет 2200-3000 ч (на

Северном Кавказе, в Нижнем Поволжье), солнечные тепловые установки

эффективны.

Солнечное излучение превращается также в электроэнергию. Это

осуществляется, во-первых, путем получения тепловой энергии с

последующим использованием ее для приведения в действие генераторов

электрической энергии и, во-вторых, фотоэлектрическим методом прямого

преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Проектируются

опытные термодинамические солнечные электростанции с паровыми турбинами.

Однако требуемые для этого удельные капитальные вложения в несколько раз

больше, чем капитальные вложения в обычные теплоэлектростанции. По данным

американских специалистов, капитальные вложения в гелиотермальные станции

мощностью 5-400 МВт приблизительно в 10 раз дороже, чем на тепловой

электростанции. Для получения энергии нужны большие площади зеркал -

примерно 50 кв.км на 1 млрд.кВтч электроэнергии. В перспективе с учетом

научно-технического прогресса в определенных районах окажется

перспективной утилизация и солнечного излучения. В настоящее время

применения полупроводников и интегральных схем позволяет значительно

снизить затраты на получение электроэнергии за счет солнечной радиации

(в десятки раз по сравнению с прежними результатами).

Что касается теплоэлектрического (прямого) метода получения

электроэнергии, то он пока еще очень дорог. Солнечные батареи уже ряд лет

используются для питания электроэнергией космических кораблей при КПД до

20%, что гораздо меньше теоретически возможного. Наземные электростанции

на кремниевых солнечных батареях на 1 кВт установленной мощности в 100 раз

дороже атомных. При сравнении с атомными гелиотермические электростанции

вовсе не загрязняют окружающую среду. Перспектива их применения зависит

от прогресса в области гелиотехники.

На состояние окружающей среды до определенного предела не влияет

создание электростанций на энергии ветра. Согласно имеющимся данным

особенно благоприятные условия использования энергии ветра у нас имеются на

Крайнем Севере, в Азово-Черноморском районе, где дуют северо-восточные

ветры, в районах Нижнего Поволжья.

Потенциальные мощности ветровых электростанций, которые могли бы быть

построены в указанных районах, измеряются миллиардами киловатт, что в

десятки раз превосходит суммарную установленную мощность имеющихся в

России электростанций.

В России разработано несколько типов ветродвигателей с диаметром колес

до 36м. В Дании и США в опытной эксплуатации находятся ветродвигатели с

колесами диаметром до 60м. В России намечается строительство

ветроэлектростанций максимальной мощностью 1 МВт, небольшая часть будет

иметь меньшую площадь. Целесообразность применения энергии ветра для

производства электроэнергии в больших масштабах находится в стадии

изучения. Ветроэлектростанции могли быть использованы в энергетических

системах. Они должны обладать аккумулирующими установками, сто приведет,

однако, к повышению стоимости электроэнергии.

К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и

отливов. Для их использования сооружаются плотины, образуется водоем -

бассейн приливной электростанции и при достаточной высоте прилива

создается напор. Сила падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает

их и приводит в движение генераторы электрического тока. На

однобассейновой приливной станции двойного действия, работающей как во

время прилива, так и во время отлива, можно вырабатывать электроэнергию

четыре раза в сутки в течение 4-5 часов во время наполнения и опорожнения

бассейна. Агрегаты такой станции должны быть приспособлены к работе в

прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии,

так и для перекачки воды. Крупная приливная электростанция мощностью 240

МВт работает на берегу Ла -Манша, в устье реки Ранс.

Она действует в сочетании с другими электростанциями в качестве

пиковой (т.е. покрывающей потребность в электроэнергии в часы пик) В России

в 1968 г. вступила в строй небольшая приливная электростанция на побережье

Баренцева моря в губе Кислой. Разработаны проекты Мезенской приливной

электростанции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской не

берегу Охотского моря.

Энергию океана можно использовать, сооружая волновые электростанции,

а также устройства, использующие энергию морских течений, разницу

температур поверхностных теплых и глубинных холодных слоев воды или

подледных слоев воды и воздуха. В США и Японии разрабатываются проекты

гидротермальных электростанций (плавучих и береговых), в частности, для

обеспечения электроэнергией предприятий по добыче сырья со дна океана,

обслуживания рыболовецких и торговых судов и т.д. Принцип действия такой

электростанции заключается в следующем. Теплая океанская вода направляется

в теплообменник, в котором испаряется аммиак. Пары аммиака вращают турбину

электрогенератор и поступают затем в следующий теплообменник, где они

охлаждаются холодной водой, поданной с больших глубин - до 1000 м.

Возможность создания подобных электростанций изучается в России.

Говоря об экологически чистых источниках энергии, следует указать

на строительство гидроэлектростанций на реках. Их, конечно, нельзя отнести

к новейшим технологических достижениям, но в условиях, когда все большее

значение приобретает охрана воздушного бассейна от всякого рода

загрязнений вредными веществами и теплового загрязнения,

гидроэлектростанции можно оценить по-новому.

Вероятна перспектива использования водорода в качестве топлива.

Уже имеются попытки его применения в качестве топлива для автомобильного

двигателя. Замена водородом бензина позволила бы снять проблему

загрязнения атмосферы отработанными газами автомобильных двигателей.

Отработанным веществом двигателя, работающего на водороде, является вода.

Водород можно применять и для авиационных двигателей. Но на пути его

использования в качестве топлива еще много препятствий. Применение

жидкого водорода затрудняется необходимостью сооружения контейнеров в виде

сосудов Догоара для обеспечения сверхнизких температур и предохранения

от быстрого испарения. Высока цена водорода (много дороже бензина). Его

производство методом гидролиза воды возможно при наличии дешевых источников

энергии. Большой расход электроэнергии на цели электролиза делает

применение водорода невыгодным (т.е. эффективнее прямое использование

электроэнергии в электродвигателях). Вместе с тем при дальнейшем

снижении стоимости водорода при массовом производстве водород в качестве

топлива может с тать относительно эффективным.

Близка перспектива производства электромобилей. По данным компании

"Дженерал моторс", лучшие электромобили при скорости 80км/ч могут пройти

около 400 км. Батареи никель-цинковые, вдвое более мощные, чем обычные

свинцовые, могут быть заряжены в течение ночи через 110-вольтную сеть без

ухудшения или потери мощности. Общий КПД электротранспорта, получающего

электроэнергию через контактную четь, составляет 6-7%, автотранспорта

(начиная с добычи нефти и переработки ее на бензин) - 4.2%, а электромобиля

(если считать затраты, начиная с добычи каменного угля, сжигаемого на

электростанции для производства электроэнергии, и кончая зарядкой

аккумуляторов и работой самого электромобиля) - всего 2%.

Безусловно, электромобиль пока еще не в состоянии конкурировать с

обычным автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.

3. Новая технология и новые материалы.

Одним из важнейших направлений технического прогресса, приводящим к

снижению потребности в сырье, является снижение массы машин,

оборудования, сооружений. Первые паровые машины при своей малой мощности

были чрезвычайно тяжелы. Не говоря уже о паровых машинах Ньюкомена,

Севери, Ползунова, первые машины Уатта весили 300 кг на индикаторную

лошадиную силу, т.е. более 400 кг на 1 кВт, а к началу ХХ в. - 135-140

кг. Затем появились паровые турбины, мощность которых все более

увеличивалась при более медленном росте массы. Максимальная мощность

современных турбин составляет 1200-1300 Мвт, а их масса и линейные размеры

не намного отличаются от массы и линейных размеров турбин мощностью 800 и

даже 500 МВт.

На тепловых станциях страны в настоящее время совершается переход

от блоков в 500 и 800 МВт. На Костромской ГРЭС был установлен первый в

России блок мощностью 1200 МВт. На базе действующих создается серия

мощных блоков, которые будут применены на создаваемых крупнейших ТЭЦ

КАТЭКа. Экономичность более мощных блоков характеризуется следующими

данными. Если принять за 100 массу металла турбин мощностью 300 МВт, то

на турбинах 500 МВт она снижается (на единицу мощности) до 77, а на

турбинах 800 МВт - до 75. Удельная кубатура главного корпуса

электростанций, принятая за 100 при турбинах 300 МВт, при более мощных

турбинах - 500 и 800 МВт составляет соответственно 75 и 57, штатных

коэффициент - 70 и 55.

Следовательно, в течение ряда десятилетий происходит переход к

двигателям, все более мощным и имеющим меньшую массу на единицу мощности,

что в конечном счете означает относительную экономию металла. Эта

тенденция, очевидно, сохранится и в дальнейшем наряду с ускорением научно-

технического прогресса.

В развитии двигателей внутреннего сгорания наблюдается та же

тенденция повышения мощности и снижения их массы. Само по себе появление

двигателей ознаменовало мощный скачок в техническом прогрессе -

развитие автотранспорта и авиации. Только тогда, когда были созданы

достаточно мощные на единицу массу (или легкие на единицу мощности)

двигатели, смогли подняться в небо летательные аппараты тяжелее воздуха.

Дальнейшее совершенствование двигателей - появление газовых турбин -

позволило многократно увеличить грузоподъемность и скорость самолетов, а

создание еще более мощных ракетных двигателей и эффективных видов топлива

открыло возможность освоения космического пространства. Все это

свидетельствует об экономии массы, а значит, и об экономии металла. Не

трудно заметить и непосредственное влияние снижения массы машин на

относительное сокращение потребности в добыче железнорудного сырья.

Один из характерных результатов научно-технического прогресса в

области электроники и техники полупроводников - микроминиатюризация.

Сложнейшие сочетания, равноценные блоку из 50-100 и более элементов,

умещаются на кремниевых или германиевых микроплатах площадью 1 кв.мм или

его доле. Благодаря микроминиатюризации резко снижаются габариты

электронных приборов. Современная электронно-вычислительная машина

пятого поколения во много раз меньше по габаритам электронно-

вычислительных машин первого поколения. Микроминиатюризация позволяет

многократно сократить размеры многих других устройств и вместе с тем и

удельную потребность в материалах для них, а стало быть, и объем добычи

ресурсов.

Новая технология производства черных металлов - одно из новейших

направлений прогресса техники. Выше уже отмечалось большое значение

развития электрометаллургии, в частности создания первого крупного

электрометаллургического бездоменного комбината в Старом Осколе. Новая

бездоменная и бескоксовая металлургия позволит снизить нагрузку на

окружающую чреду. Удельные выбросы вредных газов при бездоменном

процессе в 3 раза ниже, чем при традиционном способе производства

стали.

Подобное же значение будет иметь и другое новое направление в технике

производства металлов - порошковая металлургия, формирование металлических

изделий из железных порошков в смеси с порошками из других металлов.

Этот способ дает возможность резко сократить трудоемкость изделий, снизить

их себестоимость до 30% себестоимости изделий, получаемых обычным путем,

а также обеспечить необходимую структуру металла, его пористость. По

данным А.И.Манохина, в среднем на 1000 т изделий из металлических порошков

сберегается до 2500 т металла, высвобождается 190 рабочих.

Большое значение имеет использование металлических порошков для

нанесения распылением и наплавкой покрытий на трущиеся детали машин, что

продлевает срок их службы, защищает от коррозии различные виды

оборудования, сооружения, строительные конструкции. Срок службы изделий

можно увеличить в 2-3 раза и существенно сократить потери от коррозии,

которые оценивают применительно к современному общему металлофонду страны в

11-13 млн.т/год.

Развитие порошковой металлургии создает основу развития производства

композиционных материалов с металлической основой. Многие из материалов -

сплавы железа и меди, вольфрама и меди, порошков быстрорежущей стали

дают экономию материалов, сберегают вольфрам, молибден, ванадий, кобальт.

Изготовление высококачественного железного порошка в большой мере зависит

от исходного материала - железных руд. Использование различных руд и

отходов определяет наиболее целесообразное размещение предприятий

порошковой металлургии, а также применение обоих методов получения

порошков - восстановлением и распылением. Преимущества порошковой

металлургии не только в экономии материала (черных металлов) при

изготовлении изделий, но ив снижении загрязнения атмосферы и воды,

связанного с работой обычных металлургических заводов.

С каждым годом во всем мире все большее развитие получает

производство композиционных материалов. Оно также может быть отнесено к

числу новых отраслей, характеризующих современный технический прогресс.

Композиционные материалы отличаются большой твердостью, прочностью,

стойкостью против коррозии, сохранением своих свойств при высоких

температурах. Основной группой материалов являются мультиполимерные

системы, полимерные сети, пластины, ленты. К их числу относятся

сверхтвердые синтетические материалы.

Созданы биоматериалы, служащие, например, для изготовление

искусственных клапанов сердца, сосудов, костей. Все большее

распространение получают такие композиционные материалы, как

стекловолокно, графитволокно, алюминийволокно, карбидволокно.

Исключительной прочностью и стойкостью против коррозии обладают

стеклометаллические полотна и ленты, имеющие способность намагничивания.

Разработаны новые методы производства силиконовых слоев и техника

нанесения их на кристаллы полупроводников при сверхвысоком вакууме.

Изготовляются различные фотоэлектрические материалы для непосредственного

превращения солнечной энергии в электрическую. Созданы керамика для

использования при высокотемпературных процессах, материалы для авиационных

газовых турбин и автомобильных двигателей. Появились новые высокопрочные

низколегированные стали, новые магнитные сплавы, сверхпроводники и т.д.

Применение таких материалов сулит большую экономию расходуемого сырья.

В народном хозяйстве развертывается работа по более полному

использованию тех возможностей, которые дает современная техника.

Перед конструкторами стоит задача снижения излишних запасов

прочности, а отсюда и большой массы машин и оборудования. Избыточной

массой нередко отличаются станины. Надо увеличить использование легких

материалов в машиностроении - применение пластмасс вместо стали и алюминия.

Многое зависит от более широкого внедрения точного литья. Можно сократить

непомерно большую долю отходов металла в стружку. С этой целью

увеличивается выпуск прогрессивного кузнечно-прессового и литейного

оборудования, а также листового проката, необходимого для производства

изделий под давлением. Точное литье в кокили под давлением позволяет

экономить до 30% металла.

Снижению массы и продлению срока службы конструкций, а тем самым и

сокращению потребности в металле способствует широкое применение

качественных сталей вместо обычной углеродистой стали. Это требует большего

развития передовых способов производства металла, многие из которых были

разработаны у нас, но внедрены лишь частично, например непрерывная разливка

стали, частично кислородно-конверторный способ и производство электросталь.

В настоящее время разрабатываются мероприятия по сокращению

потребности в сырье и более эффективному его использованию. Нефть и газ,

как уже отмечалось, целесообразнее использовать не в качестве топлива, а

в качестве сырья для производства продуктов синтетической химии. В

соответствии с этим будут происходить и изменения в топливно-

энергетическом балансе, снижение доли углеводородов в качестве топлива.

Большое значение для сохранения ресурсов леса имеет более широкое

использование отходов древесины для производства древесной массы и выпуска

древесноволокнистых, древесностружечных плит, картона и других видов

продукции. Отходы древесины при заготовке, траспортировании и переработке

составляют десятки миллионов кубометров (потери составляют около 50%).

Отходы надо собирать и перерабатывать, что требует осуществления ряда

организационных мероприятий и капитальных вложений. Но они себя окупят,

так как позволят лучше использовать ресурсы леса, предохранить наши

лесные богатства от чрезмерной вырубки, форсировать непрерывное

воспроизводство в лесном хозяйстве.

Подобные же задачи сохранения природных богатств стоят и в сельском

хозяйстве - обеспечить процесс непрерывного воспроизводства и

восстановления производящей способности почвы, предохранения ее от

истощения на основе рационального ведения сельскогохозяйства и повышения

качества сельскохозяйственного производства.

СПИСОК, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Экономика природопользования. Под ред. Т.С.Хачатурова

-М.: Издательство Московского университета, 1991.

2. В.Ф.Протасов, А.В.Молчанов.

Экология, здоровье и природопользование в России.

-М.: Финансы и статистика, 1995.

3. Ю.В.Новиков. Охрана окружающей среды.

-М.: Высшая школа, 1987.

Страницы: 1, 2