§ 17. Екологічні проблеми використання теплових машин

Вплив теплових машин на довкілля
Шляхи зменшення наслідків негативного впливу використання теплових машин

ВПЛИВ ТЕПЛОВИХ МАШИН НА ДОВКІЛЛЯ. Зростання потре би людства в енергоносіях прискорює бурхливий розвиток теплоенергетики. Одним із найважливіших недоліків використання теплових машин є забруднення навколишнього середовища. Теплові двигуни різної конструкції, використовувані на автомобільному залізничному, повітряному, морському транспорті та в ракетобудуванні, спричиняють хімічне, фізичне, теплове та шумове забруднення навколишнього середовища.

Сучасні надпотужні теплові електростанції спалюють мільйони тонн кам’яного вугілля та мільярди кубометрів природного газу щороку. При цьому в повітря викидаються шкідливі речовини, навіть попри багатоступеневі системи очистки димових відходів (рис. 17.1).

Рис. 17.1. Під час спалювання органічного палива на теплових електростанціях в атмосферу щороку викидаються тисячі тонн шкідливих речовин

Наприклад, під час роботи теплових електростанцій у повітря викидаються оксиди сірки, азоту, фтористі сполуки, чадний газ, метан, етилен, п’ятиокис ванадію. Одна теплова електростанція за рік викидає в атмосферу більше трьох тисяч тонн оксидів сірки та майже дві тисячі тонн оксидів азоту. Більшість цих речовин є токсичними й негативно впливають на довкілля. Змішуючись із водою у хмарах, вони випадають згодом у вигляді кислотних дощів. Величезних втрат від кислотних опадів зазнають щороку країни Європи та Америки через знищення хвойних лісів, зниження врожайності зернових культур.

Значну частку шкідливих викидів у атмосферу становлять продукти роботи двигунів внутрішнього згоряння. Особливо сильно забруднюють атмосферу реактивні двигуни літаків і ракет. Викидаються шкідливі речовини в атмосферу й під час роботи котлів опалювальних систем.

Теплові двигуни, спалюючи органічне паливо (вугілля, газ, нафту), поступово вичерпують природні ресурси, отримані людством від попередніх геологічних епох.

Із розвитком теплової енергетики вчені пов’язують теплове забруднення атмосфери й так зване глобальне потепління. «Холодильником» для теплових двигунів є атмосфера, куди передається «відпрацьоване» тепло. Крім того, до атмосфери потрапляють дуже дрібні частинки викидів, які зависають у ній і відбивають теплові промені, що випромінюються земною поверхнею. Відбувається так званий парниковий ефект, у результаті якого підвищується температура атмосфери, що виявляється у змінах клімату з непередбачуваними наслідками.

Деякі види теплових двигунів викидають в атмосферу речовини, що зумовлюють, наприклад, зменшення товщини озонового шару, який захищає все живе на Землі від ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Не менш актуальним є й шумове забруднення. Робота теплових двигунів супроводжується шумами, які негативно впливають на біологічні об’єкти.

Тому перед людством, зокрема в останні десятиріччя, постають глобальні екологічні проблеми, розв’язання яких потребує усунення шкідливих чинників дії теплових машин.

ШЛЯХИ ЗМЕНШЕННЯ НАСЛІДКІВ НЕГАТИВНОГО ВПЛИВУ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОВИХ МАШИН. Виокремлюють два основних напрями зменшення негативного впливу використання теплових машин на довкілля. Перший пов’язаний з удосконаленням технологій виготовлення та експлуатації теплових машин, що працюють на традиційних джерелах теплової енергії, тобто на органічному паливі. Зокрема, підвищення ККД теплових машин, створення та використання сучасних багатоступеневих систем фільтрації шкідливих викидів, які утворюються в процесі їхньої роботи, перехід на екологічно більш чисті види органічного палива (природний газ, спирт, водень).

Перспективним напрямом є поступова відмова від використання теплових машин на традиційних джерелах палива та запровадження новітніх технологій прямого перетворення теплової енергії в електричну. Наприклад, заміна теплових двигунів електричними, використання екологічно чистих джерел енергії (води, сонця, вітру), розвиток геотермальної енергетики.

Сьогодні в Україні, як і в усьому світі, активно розвивається альтернативна, або відновлювальна, енергетика. Щороку на сонячних електростанціях виробляється понад 500 млн кВт · год електричної енергії. Популярності набувають сонячні міні-електростанції, які забезпечують електроенергією окремі домогосподарства та постачають її надлишок державі (рис. 17.2).

Рис. 17.2. Одна з перших в Україні малих сонячних електростанцій (с. Солонка на Львівщині)

Рис. 17.3. Вітрові турбіни Новоазовської вітрової електростанції

Рис. 17.4. Геотермальні енергетичні кошики

Потужність Новоазовської вітрової електростанції (с. Безіменне на узбережжі Азовського моря) становить 107,5 МВт (рис. 17.3).

Одним із найперспективніших напрямів розвитку теплової енергетики є використання геотермальної енергії. Сучасні теплосистеми дають можливість застосовувати теплову енергію, акумульовану в надрах земної кулі, як для виробництва електричної енергії, так і для опалення, гарячого водопостачання, поверхневого охолодження.

Геотермальні електростанції розміщують близько до вулканічного кратера, де магма максимально підходить до земної кори. У спеціальних свердловинах розташовують турбіни, які працюють за рахунок величезної температури та тиску магми й генерують електричний струм. Робочим елементом геотермальної електростанції є також металеві труби з водою, занурені близько до поверхні магми, температура якої становить майже 450 °С. Вода перетворюється на пару та подається до парових турбін, що обертають генератори.

Поширення набувають геотермальні теплові насоси побутового призначення. Вони використовують геотермальну енергію для опалення приміщень, нагрівання води, кондиціювання повітря. В умовах, коли глибоке буріння неможливе, застосовують так звані геотермальні енергетичні кошики (рис. 17.4).

Геотермальні енергетичні кошики призначені для експлуатації на глибині від 4 до 5 м. За рахунок сезонного перепаду температури ґрунту в 7—13 °С, який є ідеальним джерелом енергії для теплового насосу, енергетичні кошики використовують як високопотенційне джерело природного охолодження. Україна має

значні записи геотермальної енергії. Геотермальні ресурси теплоенергетичних вод становлять майже 27,3 млн м³/добу, а їхній теплоенергетичний потенціал еквівалентний 12 млн тонн умовного палива або близько 10 млрд м³ природного газу. Перспективними районами для розвитку вітчизняної геотермальної енергетики є Крим, Керченський півострів, Львівська та Закарпатська області, Дніпрово-Донецька западина, на території якої розташовані Чернігівська, Полтавська, Харківська, Луганська області.

Однією з важливих проблем використання геотермальної енергії є утилізація відпрацьованої води. Оскільки вона містить велику кількість солей токсичних металів (наприклад, бору, свинцю, цинку, кадмію, миш’яку) і хімічних сполук (аміаку, фенолів), термальні води не можна скидати у природні водні системи.

Головне в цьому параграфі

Одним із найважливіших недоліків використання теплових машин є забруднення навколишнього середовища.

Основними видами забруднення навколишнього середовища, пов’язаними з використанням теплових машин, є хімічне, фізичне, теплове, шумове забруднення.

До шляхів зменшення наслідків негативного впливу роботи теплових машин належать удосконалення технологій їх виготовлення й експлуатації, підвищення ККД, створення та використання сучасних багатоступеневих систем фільтрації шкідливих викидів, що утворюються в процесі роботи теплових машин, перехід на екологічно більш чисті види органічного палива (природний газ, спирт, водень), запровадження новітніх технологій прямого перетворення тепла в електричну енергію, заміна за можливістю теплових двигунів електричними, використання екологічно чистих джерел енергії (води, сонця, вітру), розвиток геотермальної енергетики.

Запитання для самоперевірки

1. Як впливають на довкілля теплові машини?
2. Які шкідливі речовини викидаються в атмосферу в процесі роботи теплових електростанцій?
3. Які основні шляхи зменшення негативного впливу використання теплових машин?
4. Як розвивається відновлювальна енергетика в Україні?
5. Які проблеми, пов’язані з використанням нових видів екологічно чистих джерел енергії, постають перед енергетикою?

Зміст