Реферат: Основы рационального использования природных ресурсов в условиях научно-технического прогресса

--PAGE_BREAK--2. Новые методы добычи сырья и новые виды энергии. 
Новые методы  добычи  сырья благодаря техническому прогрессу должны сокращать количество сырья и материалов  для  производства единицы производства,  когда одни виды сырья заменяются другими и в целом влияют на сокращение потребности в сырье для производства единицы продукции.  В настоящее время роль технического прогресса ярко проявляется в механизации и автоматизации  процессов  добычи сырья, позволяющих переходить к более массовым способам его получения.

Рост добычи угля осуществляется более эффективным открытым способом, который в 2-3 раза дешевле подземного, с использованием мощных экскаваторов и автомобилей — самосвалов большой грузоподъемности. В промышленно развитый странах в подземно-шахтной добыче угля ручной труд уже не применяется и при проходке, и при добыче. Появились мощные механизмы, с помощью которых осуществляются проходка,  крепление, выемка угля, откатка и навалка, а затем и погрузка.  Применение на горных  работах  экскаваторах-драглайнах  с вместимостью ковша 80 куб.м и длиной стрелы 100м,  автосамосвалов грузоподъемностью 240т,  буровых станков для бурения  скважин  до 320-450мм  коренным  образом  изменило технологию открытой добычи угля и руд цветных и черных металлов.

Рост добычи нефти также связан с ускорением научно-технического прогресса.  Современная техника  допускает  бурение  скважин глубиной до 5 тыс.м и более, не только вертикальных, но и наклонных.  Использование буровых стационарных  платформ  типа  «шельф»позволило  обеспечить  добычу нефти в открытом море на глубине до 300м.  Большое значение имеют совершенствование способов извлечения  нефти  на  поверхность  и  повышение степени ее извлечения с 30-35% по отношению к ее содержанию в недрах до 50-60% с закачкой в  нефтяные пласты пара при температуре до 100-110 С и теплой воде.

Механизируется и  автоматизируется   добыча  природного газа. Применение современных методов разведки дает возможность ускорить открытие и изучение его новых месторождений. Ускоряется и удешевляется проходка скважин.  Возрастают  объемы  добычи,  повышается извлечение  газа и конденсата из недр,  повышается выход полезных компонентов,  шире используется попутный нефтяной газ (его сжигание  в  факелах  составляет  около 11 млрд.куб.м,  т.е.  столько, сколько потребляется для нужд всего населения России). Увеличение диаметра газопроводов и более высокое рабочее давление в них позволяют ускорить и удешевить передачу газа в районы потребления от Уренгоя до Парижа, Праги, Берлина.

Рационализируются и интенсифицируются производственные  процессы  добычи  и  обработки  железной руды и сопутствующих железу компонентов,  полиметаллических руд и др. Применяются геофизические методы разведки залежей различных металлических руд и разведка из космоса. Широкое развитие получают методы обогащения, повышения  извлечения  металла до 80-85%  даже из относительно бедных руд (до 0.2-0.5% с содержанием извлекаемых металлов), но залегающих большими массивами.

Широкое  применение механизации,  мелиорации земель и химизации  в  сельском  хозяйстве позволило более чем удвоить получение зернобобовых на единицу  площади,  удвоить  численность  рогатого скота и утроить количество свиней в 1990г. по сравнению с дореволюционным уровнем, увеличить сборы технических культур, фруктов и ягод.  Общая  площадь сельскохозяйственных угодий при этом долгие годы оставалась без изменения.

Использование мощных землеройных и других механизмов, а также взрывных работ способствовало осуществлению крупнейших изменений  в водном хозяйстве страны:  были построены каналы и плотины, созданы обширные водохранилища, изменены условия водоснабжения.

Научно-технический прогресс  сыграл  важную роль в изменении энергетической базы общества в течение XIX и XX вв.,  что отразилось  в  использовании природных ресурсов и характере загрязнения окружающей среды.  XIX век был веком угля и паровой машины.  Углю принадлежала подавляющая доля в топливном балансе наиболее развитых стран.  Сжигание угля росло по мере развития  промышленности. Растущие выбросы дыма, сажи, копоти и золы стали обычным явлением для основных индустриальных  районов  промышленноразвитых  стран.

Отсюда  и  характерное название «черная страна» для промышленного района центральной Англии. Не менее «черными» из-за сжигания угля были  Рурская область в Германии,  северо-восток Франции в районе Лилля,  район Шарлеруа в Бельгии, районы черной металлургии США — Питсбург в Пенсильвании,  Бирмингем в Алабаме и др.  Закопченными были и другие крупные города с  их  промышленными  предприятиями, железными дорогами, многочисленными котельными, каминами и печами для отопления домов.

За последние  30-40 лет энергетическая база промышленности и городов значительно изменилась:  доля угля и  паровой  энергетики сократилась. Главным видом топлива стали нефть и газ. Доля угля в добыче топлива во всем мире снизилась.  Одновременно  существенно возросла добыча нефти. Увеличилась доля природного газа.

Однако к концу текущего столетия,  по-видимому, следует ожидать снижения доли нефти в добыче и потреблении топлива, учитывая постепенное истощение ее залежей.  В перспективе доля газа  будет возрастать.  В  частности,  увеличится применение газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, например установленных  в автобусах.  Одним из больших преимуществ работы двигателей на газе является снижение загрязнения  атмосферы.  Вместе  с  тем из-за нестабильной в последнее время работы АЭС возможно увеличение доли угля в потреблении. Чтобы не ухудшать состояние окружающей среды из-за сжигания его,  потребуются проведение более радикального улавливания отходящих газов,  отказ от сернистых углей и их обессеривание и другие мероприятия, которые повысят затраты на производство электроэнергии.

Одновременно с этим необходимо ускорить освоение новых видов энергии. Это прежде всего атомная энергетика и «мягкие» источники энергии,  не  приводящие к загрязнению окружающей среды,  геотермальной и гелиотермальный  виды  энергии,  использование  энергии приливов ветра, которые можно эффективно применять благодаря современным достижениям техники.

Атомная энергетика   -  открытие  века,  за ней в перспективебольшое будущее как экологически чистого  производства  электроэнергии. Чернобыльская катастрофа не должна стать причиной свертывания атомной энергетики.  Вопрос заключается в совершенствованиитехнического прогресса управлением АЭС и обеспечении безопасностинаселения. Атомная энергетика имеет долговременные ресурсы.

На VII  мировой  энергетической  конференции,  проходившей вМоскве в 1968г., была дана оценка содержания урана в морях и океанах на уровне 4*109 0т. Это значит, что данный вид топливно-энергетического ресурса практически неисчерпаем.  Однако  до  недавнеговремени  мировые запасы определялись всего лишь 1.5 млн.т (металлический уран).  В 1977г.  в Японии предложены  методы  полученияурана из морской воды.  И вопрос в конечном счете сводится к удешевлению подобных процессов до уровня,  приемлемого для  широкогопромышленного использования с учетом стоимости альтернативных источников энергии.

Учитывая недостаточную  надежность работы АЭС и большую загрязненность окружающей среды от применения  угля,  в  современныхусловиях общество обязано изыскать возможность применения в перспективе вышеназванных «мягких» источников энергии,  не приводящихк  загрязнению окружающей среды: геотермальной и гелиотермальной энергии ,  использования  энергии приливов и ветра ,  которые  можноэффективно применять благодаря современным достижениям техники.

Источникам геотермальной энергии  служат  радиоактивные  процессы,  химические реакции и другие явления в земной коре. Температура на глубинах 2-3 тыс.м превышает  100 5о 0С.  Циркулирующие  натаких  глубинах воды нагреваются до значительных температур и могут быть выведены на поверхность по буровым скважинам.  В районахвулканической деятельности глубинные воды, нагреваясь, поднимаются по трещинам в земной коре.  В таких  районах  термальные  водыимеют наиболее высокую температуру; они нередко расположены ближек поверхности. Иногда они выделяются на поверхность в виде перегретого пара.  Термальные воды с температурами до 100 5о 0С выходят наповерхность во многих районах России.  Значительные запасы  такихвод  имеются  в  Западной Сибири,  на Северном Кавказе и в Закавказье,  в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.  Еще  далеко  неполностью изучены все возможности получения термальных вод.  Так, если учесть воды,  залегающие на глубине более 3 тыс.м,  а  такжеводы с повышенной минерализацией,  то их запасы можно было бы существенно увеличить. Известны ресурсы высокотемпературного пара ипароводяных смесей:  они выведены на поверхность на Камчатке, Курильских островах и в Дагестане.

Первая в России геотермальная электростанция на юге Камчатки(Паужетская) мощностью 5 МВт была пущена в 1966г. Здесь используется пароводяная смесь,  которая выводится через буровые скважинына поверхность и направляется в сепарационные устройства, где паротделяется от воды при небольшом давлении.  Пар приводит в движение турбогенератор, а вода при температуре выше 120 5о 0С применяетсядля теплофикации поселков, выращивания овощей в теплицах, бальнеологических целей и т.д.

Себестоимость добычи тепловой энергии таким способом в 2-2.5раза ниже,  чем тепловой энергии, получаемой от котельных. Себестоимость  электроэнергии на Паужетской геотермальной электростанции в 4 раза ниже,  чем на дизельных электростанциях в том же районе.  Эти показатели могут быть значительно улучшены при условииболее полного освоения геотермальной энергии. Имеются предположения  об  использовании более крупных месторождений термальных водна Камчатке (Мутновское,  Нижнекошелевское) с сооружением геотермальных электростанций мощностью 200 и 100 МВт.

О наличии геотермальной энергии давно известно в  Дагестане.В 60-70-х гг.  при бурении на нефть и газ в ряде скважин были обнаружены пароводяные смеси с температурами до 200 5о 0С.  На базе одной из них (Тарумовской), по мнению специалистов, можно соорудитьгеотермальную электростанцию мощностью 250-500 МВт.

В Краснодарском  крае  пробуренные геологами скважины вместонефти вскрыли запасы горячей воды. Сейчас термальные воды используют  для многочисленных теплиц объединения «Плодоовощевод»,  дляживотноводческого комплекса, теплового орошения полей, промышленных  предприятий и теплоснабжения населения.  Крупные запасы термальных вод были обнаружены в Чечено-Ингушетии (Грозный) и другихрайонах, но они пока слабо используются.

Большими потенциальными ресурсами тепловой энергии  обладаютнагретые  глубинным теплом Земли горные породы ряда районов страны. Особо значительной теплотой сгорания обладают сульфидные рудыи концентраты. Процессы автогенной плавки могут быть высокоэффективно применены в производстве меди,  никеля, кобальта, свинца изсульфидного сырья,  а также для безотвальной переработки пиритныхконцентратов с получением серной кислоты или  элементарной  серы, железного  концентрата и цветных металлов.  Практическое освоениетакой энергии требует  разработки  способов  извлечения  тепловойэнергии  и создания опытных установок.  Здесь пока сделаны первыешаги. Широкое использование геотермальной энергии, запасы которойпрактически неисчерпаемы, зависит от дальнейшего прогресса техники и нахождения экономичных путей ее применения.

Другим видом  «мягкой»  энергии  является  солнечная энергия.

Отопительные системы,  применяющие солнечную энергию, могут удовлетворять 30-50%  потребности в тепле в течение года,  поэтому ихприходится использовать совместно с традиционными системами обогрева.

     Водонагреватели применяются для горячего водоснабжения. Солнечная энергия может быть использована и  для  отопления  теплиц, опреснения воды, охлаждения. Часть тепла можно аккумулировать путем нагрева камней в условиях теплоизоляции. При этом существенноэкономичны при условии 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. Этоосуществляется, во-первых,  путем получения  тепловой  энергии  споследующим использованием ее для приведения в действие генераторов электрической энергии и, во-вторых, фотоэлектрическим методомпрямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Проектируются опытные термодинамические солнечные  электростанции с паровыми турбинами.  Однако требуемые для этого удельныекапитальные вложения в несколько раз больше, чем капитальные вложения в обычные теплоэлектростанции. По данным американских специалистов, капитальные вложения в гелиотермальные станции мощностью5-400 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 сучетом 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  наэнергии 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.
    продолжение
--PAGE_BREAK--