Электричество и окружающая среда

Жизнь современного человека, особенно городского жителя, немыслима без электрической энергии. Стоит кратковременно прекратить подачу электричества, и прекращается подача газа, воды в квартиры, не работает отопление. В темноте, холоде и без воды современный житель становится совершенно беспомощным.

Потребление электрической энергии постоянно растет, наращивается и ее производство. Следствием является большая нагрузка на окружающую среду, экологическое ее загрязнение. Поэтому рациональное потребление электрической энергии является важнейшей технической и организационной задачей.

Электричество является самым скоропортящимся продуктом в мире – если оно не потреблено нагрузками, то спустя мгновение многие тонны угля, мазута, тысячи кубометров газа бесследно и бесполезно пропадут. Согласование количества выработанной и потребленной энергии решается несколькими способами. Первый из них уже давно реализован: создаются протяженные энергосистемы, охватывающие несколько часовых поясов и включающие в себя электростанции разных типов: атомные, тепловые и гидроэлектростанции.

Подобное объединение позволяет выровнять потребление энергии в течение суток и более рационально использовать топливо на вырабатывающих станциях. Но расплачиваться за подобное решение приходится необходимостью передачи электрической энергии на расстояния в тысячи километров. При этом резко растут потери энергии при транспортировке.

Попытки повысить уровни напряжения при передаче энергии на большие расстояния наталкиваются на физические ограничения, связанные с коронным пробоем воздуха. Стоимость линий электропередачи с напряжением более миллиона вольт резко возрастает.

Не оправдались надежды на использование сверхпроводящих линий для передачи электроэнергии. Отсутствие выделения тепла в сверхпроводниках теоретически позволяет передавать огромные мощности на неограниченное расстояние. Но и здесь физика поставила барьер на пути внедрения сверхпроводников в технику. Металлы и сплавы переходят в состояние с нулевым сопротивлением при температурах, близких к абсолютному нулю. Сплав ниобия и олова имеет температуру сверхпроводящего перехода чуть больше 20 градусов Кельвина.

Несмотря на сложность линий электропередачи, работающих при криогенных температурах, на их создание можно было бы пойти. Тем более, что в последние десятилетия были открыты сверхпроводящие материалы, работающие при более высокой температуре, вплоть до комнатной. Но при протекании тока возникает магнитное поле, которое при достижении определенного, критического значения, разрушает сверхпроводимость. Поэтому дальше лабораторных исследований и создания электрофизических установок дело не пошло.

Очень большие надежды возлагались на создание электростанций с термоядерными реакторами . В начале шестидесятых годов прошлого века казалось, что осталось преодолеть несколько технических проблем, и человечество получит доступ к неограниченному океану энергии. Исследования идут по сей день, строятся опытно-промышленные реакторы, но до получения электрической энергии за счет термоядерного синтеза по прежнему далеко.

А невозобновляемое топливо неумолимо истощается. Запасов нефти и газа хватит приблизительно на полвека, угля – на 300-400 лет. Сжигание углеводородного топлива уже нарушило глобальный тепловой баланс на нашей планете. К моменту исчерпания невозобновляемых ресурсов воздействие на экологическую среду достигнет таких масштабов, что по сомнением станет само существование человечества.

Поэтому в настоящее время основные усилия (финансовые, интеллектуальные) необходимо направить на использование возобновляемых ресурсов ( альтернативных источников энергии ): энергии ветра, приливных волн, использования тепла Земли. Пока электрическая энергия, выработанная с использованием этих ресурсов занимает незначительную часть в общем объеме и заметно дороже обычной. Но других вариантов у нас нет: либо мы освоим возобновляемые источники энергии, либо погибнем.