Современные проблемы выроботки электроэнергии (Сочинение на свободную тему)

Одна из самых крупнейших экологических проблем современной цивилизации связана с выработкой электроэнергии. Потребности в электроэнергии растут, традиционные источники энергии истощаются, а сжигание топлива наносит вред окружающей среде. Гидроэлектростанции требуют строительства плотин и затопления большой территории. Атомные электростанции требуют дорогостоящего обогащения урана и захоронения отходов переработки, а также представляют большую опасность при авариях. В то же время, достижения науки позволяют нам создать новые источники энергии, которые не потребуют больших затрат и будут практически безвредными для окружающей среды. В некоторых странах Западной Европы уже применяются электростанции, использующие энергию ветра и солнечного света. Однако, климатические условия в этих странах отличаются от наших.

Поэтому мы решили оценить, какие из альтернативных способов получения энергии пригодны для центральных регионов России.

Для примера мы разработали возможный вариант экологически чистого электроснабжения дома серии КОПЭ-башня. В таком доме могут проживать около 500 человек [1]. Социальная норма потребления электроэнергии, предложенная Правительством России, составляет 70 кВт ч на человека в месяц [2]. Таким образом, суммарное потребление электроэнергии в таком доме за год составит 420,000 кВт ч.

Для экологически чистого энергоснабжения дома мы будем применять три основных способа: ветровые генераторы, солнечные батареи и тепловой насос, который будет использовать то, что температура почвы на определенной глубине практически постоянна [3]. Посчитаем, какое количество электроэнергии можно извлечь каждым из таких способов, и смогут ли они хотя бы частично покрыть потребности дома.

Среднегодовая скорость ветра в Москве – 2 - 3 м/с. Мощность ветрогенераторной установки (ВГУ) при скорости ветра, равной 3 м/с, составляет 0.1 кВт [4]. Эту цифру мы примем за среднюю мощность нашей установки. Тогда электроэнергия, снимаемая с ВГУ за сутки, составит 2.4 кВт ч, а в год - 876 кВт ч. Учитывая размеры лопастей, на здании можно установить 4 таких установки. Значит, ВГУ будут давать около 3,500 кВт ч в год.

Чтобы подсчитать эффективность использования солнечных батарей, нам нужно использовать солнечную постоянную, которая равна потоку от Солнца по направлению к Земле и по данным наблюдений составляет величину около 1,369 Вт/м2 [5]. За расчетное КПД батарей возьмем 15%. Используя данные о количестве солнечных дней и о продолжительности светового дня, получим, что всего в году в Центральной России около 600 солнечных часов [6]. Площадь крыши 500 кв. метров, поэтому солнечные батареи, расположенные на крыше, будут давать около 63,000 кВт ч в год.

Посчитаем, какова возможная производительность теплового насоса. Температура на глубине 3 метров круглый год составляет около 6 градусов Цельсия. Будем считать, что грунт состоит преимущественно из песка, плотность которого составляет около 2,700 кг/м3, теплоемкость – около 1 кДж/кг ОС. При охлаждении одного кубометра грунта на один градус Цельсия можно извлечь около 0.8 кВт ч. Обычно тепловые насосы имеют КПД около 30 – 40 % [3]. Поэтому положим, что из одного кубометра грунта однократно можно извлечь 0.3 кВт ч. Если мы сможем снимать эту энергию каждый день, то один кубометр грунта позволит нам добывать до 100 кВт ч в год. Если около дома возможно выделить специальную площадку, под которой будет находиться около 3.5 тысяч кубометров грунта, то мы сможем покрыть оставшиеся потребности дома в электроэнергии. Однако, даже если выделение такой площадки невозможно (например, в условиях крупных городов), то использование солнечных батарей и ветряных генераторов позволит покрыть около 15% потребностей в электроэнергии, что является важным шагом на пути к экономии природных ресурсов и улучшению экологической ситуации.

Таким образом, на примере отдельно взятого дома мы показали, что современные способы получения энергии могут обеспечить потребности его жителей в электричестве. Со временем эти технологии могут внедряться и на более глобальном уровне, что поможет решить проблему экологической загрязненности многих городов.