«Безопасность и экологичность технических систем»

Введение: экологическое и безопасное значение технических систем

 

    Сущность технических систем, которые можно определить как форму материа­лизации потенций человека и природы во всем их многообразии, сле­дует отличать от их реального современного содержания, т.е. сово­купности потенций, которые получили реализацию. Важно также учитывать не только то, что и как производит человек, но и для чего он производит, чего хочет добиться в процессе преобразования. Тех­ническая система выступает и как средство становления сущностных сил челове­ка и как способ подавления природы единым эксплуататором, который сам распадается на эксплуататоров и эксплуатируемых (последним тоже кое-что перепадает от всеобщей эксплуатации природы).

     В настоящее время налицо обострение противоречий между созданной человеком технической системой и природной средой. Выступая как средство обеспечения преобразовательных целей, техническая система способ­ствует становлению производственно-потребительских потенций человека и влияет соответствующим образом на отношение к действительности, порождая стандартизацию мышления и вещизм. Возникает производство ради потребительство – ущербная цель, которая тоже влияет на человека самым негативным образом. Ощущение тягостности и неприемлемости стандартизации растет с ростом масштабов и значимости технических систем. Одинаковость машин можно вынести, а однообразие зданий становится угнетающим, создавая психологический дискомфорт. В обострение противоре­чий между человеком и природной средой технические системы вносят внуши­тельный вклад, поскольку, если раньше человек поневоле был вы­нужден приноравливаться к природной среде, не обладая доста­точной силой для борьбы с ней, то ныне появилась возможность игнорировать многие ее особенности (ландшафт, разнообразие ви­дов жизни и т.п.), и человек пользуется этим в ущерб природе и эс­тетике.

    На современном этапе развития техники реализация цели приближения ее к природе представляется сомнительной. Иногда ссылаются на то, что современная техника не может удовлетворять экологическим и эстетическим требованиям, потому что функцио­нирует с использованием типовых конструкций и в ней преобладают экономические соображения. Однако и раньше экономические сооб­ражения учитывались и типовые конструкции применялись. Тем не менее на вопрос, какой высоты предполагается здание, строители отвечали: “Как мера и красота велят”. Экономические соображения должны гармонировать с экологическими и эстетическими, а также с точки зрения безопасности что, быть может, оптимально даже с точки зрения экономики.

    Л.Н. Толстой называл природу непосредственным выражением добра и красоты. Таковы должны быть и технические системы, чтобы прийти в гармонию с природой. Реальный путь к этому – подлинное творчество как гармонизирующий фактор в человеке и в его отношении с приро­дой. Как техника, чтобы стать средством гармонизации отношений че­ловека и природы, должна вспомнить свое исконное значение искус­ства, идущее еще из античного мира, так и производство в целом (не только духовное, но и материальное) – значение “произведения”. Со­здание не вместо живой природы, а вместе с ней М.М. Пришвин на­зывал согласованием творчества сознания и творчества бытия.

    Какими же способами и средствами можно обеспечить безопасность и экологичность технических систем, созданных человеком? Именно об этом на примере создания новых методов добычи сырья и новых видов энергии идет речь в данной контрольной работе.

 

Возрастание опасности со стороны технических систем

 

    Проблемы сохранения жизни людей на Земле связаны не только с объемом про­изводства пищи и кислорода, но и с качест­вом всего того, что обеспечивает жизнеде­ятельность. Сейчас уже и с этой стороны подступает серьезная опасность. В течение последних десятилетий люди постепенно и почти незаметно для себя изменили усло­вия, которые когда-то приготовила им при­рода. Теперь нигде не едят натуральной пищи в полном смысле этого определения, не дышат чистым природным воздухом, в редких случаях пьют незагрязненную при­родную воду. Человек начал жить в среде, к которой он биологически не приспособлен, и это, конечно, весьма негативно ска­зывается на его здоровье.

    Особо вредоносные изменения произош­ли в атмосфере. Промышленные предпри­ятия, тепловые станции, автомобили и до­мовые печи ежегодно извергает в нее свы­ше 7 миллиардов тонн углерода. Он выбра­сывается в составе окислов, в основном как компонент углекислого газа. Пока люди не начали широко использовать огонь, кратко­временные циклы круговорота этого газа ограничивались рамками биологического контура: весь углекислый газ, выделяемый людьми и животным миром, поглощался растительностью – атмосфера была в ус­тойчивом равновесном состоянии. Сейчас равновесие нарушено. Газ начал накапли­ваться в атмосфере. Измерения, проведен­ные обсерваторией на Мауна-Лоа (о. Га­вайи), показывают, что в период с 1958 года по 1989 год его концентрация возросла на 11 процентов. В то же время известно, что в больших количествах углекислый газ ток­сичен: он вызывает гипоксию, ослабление дыхания и сердечной деятельности.

    Рост концентрации углекислого газа мо­жет оказывать не только прямое воздейст­вие. Он приводит к повышенному поглоще­нию атмосферой теплового излучения Зем­ли и, по мнению многих ученых, влечет за собой потепление климата на всем земном шаре. Есть данные, свидетельствующие о том, что за последние 100 лет средняя температура земной поверхности выросла на 0,5-0,6°C. По оптимистическим оцен­кам, к концу следующего 100-летия она вырастет еще на 2,5°C; по пессимистиче­ским – на 5,5°C. Это вызовет ускорение таяния льдов и повышение уровня моря на 0,5-2,0 метра. В зоне риска находится 30 процентов плодородной земли. Кроме этого, повышение температуры будет посте­пенно превращать тропическую зону в без­жизненную пустыню.

    Вместе с углекислотой в процессе горе­ния выделяется окись углерода. Она обла­дает еще более сильными токсичными свой­ствами и может приводить к ослаблению многих жизненных функций, в том числе к заболеванию центральной нервной систе­мы.

    Через трубы металлургических заводов и тепловых станций выпускается большое ко­личество двуокиси серы. Известно, что в руде содержится много серы, иногда зна­чительно больше, чем металла. В процессе плавки она окисляется и в газообразном состоянии улетучивается в атмосферу. Много серы имеется и в ископаемых топли­вах. Их сжигание приводит к аналогичному результату. По данным американского агентства по защите окружающей среды только в США ежегодно в атмосферу вы­брасывается около 20 миллионов тонн сер­нистого газа. Надо полагать, что в России и у наших соседей дела обсто­ят не лучше, поскольку одним из основных источников этого газа является уголь и в первую очередь бурый уголь, которого у нас и в странах Восточной Европы использу­ется особенно много. Взаимодействуя с атмосферной влагой, двуокись серы обра­зует сернистую и серную кислоты. И та и другая ядовиты.

    Каменный уголь и нефть содержат также показали, что в десятках тысяч озер этих азот. При сжигании и его окислы поступают в атмосферу. На их основе образуются азотистая и азотная кислоты. Они могут вызвать серьезные заболевания легких.

    Печальный рассказ об атмосферных из­менениях можно продолжать. Перечень вредных веществ, появляющихся в воздухе в результате человеческой деятельности, постоянно пополняется. Каков же результат всех этих изменений?

    По данным Всемирной организации здо­ровья свыше 1 миллиарда человек живут в условиях чрезмерной концентрации в ат­мосфере твердых частиц; около 625 милли­онов человек дышат воздухом, в котором содержание двуокиси серы превышает до­пустимые границы. Агентство по защите окружающей среды заявило, что в США 150 миллионов человек дышат воздухом, который вреден для здоровья. Некоторые американские ученые считают, что это при­чина 2 процентов смертей. Ученые Венгрии пришли к выводу, что в их стране каждый 24-й случай потери работоспособности и каждая 70-я смерть вызваны загрязнением воздуха. Прямая зависимость продолжи­тельности жизни от состояния атмосферы подтверждается результатами простых на­блюдений. В Афинах, например, в дни по­вышенного загрязнения воздуха умирает людей в 6 раз больше, чем в обычные дни.

    Атмосфера оказывает воздействие на всю остальную природу. Попадающие в воздух вредные примеси возвращаются на землю с осадками и орошают всю растительность, в том числе пастбища, сенокосы, сельскохозяйственные поля, сады и огоро­ды.

    Объективные данные о том, какое воз­действие зараженные осадки оказывают на растительность, содержат материалы еже­годных наблюдений за состоянием леса, проводимых в ряде европейских стран. В отчете за 1988 год, подготовленном эконо­мической комиссией ООН, говорится, что во всех 26 обследуемых в Европе регионах есть признаки заболевания леса. При этом в 22 регионах повреждено не менее 30 процентов общей площади лесов, а в 8 регионах – не менее половины. Всего на европейском континенте на период обсле­дования заболеваниям было подвержено около 50 миллионов гектаров леса, и эта площадь со временем увеличивается.

    Загрязненные осадки попадают и в водо­емы. Там кислоты взаимодействуют с име­ющимися в донной почве металлами (алю­минием, кадмием, ртутью, свинцом и др.), заражают ими воду, а через нее и рыбу. Исследования, проведенные в США, Кана­де, Англии, Норвегии, Швеции, Финляндии, стран вода чрезмерно насыщена кислота­ми, а в тысячах озер рыба уже почти полностью исчезла.

    Попадая в водопроводы, кислоты способ­ствуют вымыванию вредных металлов из труб, что загрязняет питьевую воду. Такие явления в США и Швеции после выпадения кислотных дождей наблюдались.

    Особенно тяжелое положение складывается в городах. Город с миллионным населением ежегодно выбрасывает в атмосферу не менее 10-11 млн. т. водяных паров, 1,5-2 млн. т окиси углерода, 0,25 млн. т сернистого ангидрида, 0,3 млн. т окислов азота и большое количество иных загрязнений, тоже небезразличных для здоровья человека и окружающей его среды.1 

    Конечно, осадки – не единственный ис­точник загрязнения воды. В водоемы сбра­сываются промышленные, транспортные и бытовые отходы, причем в таких количест­вах, что воду многих рек и озер существу­ющими средствами очистить уже не удает­ся. Теряют естественную чистоту даже грунтовые воды, находящиеся на относи­тельно небольшой глубине. В них просачи­ваются фосфаты из бытовых отходов, нит­раты, которые повсеместно используются в качестве удобрений, и другие вредные вещества. В процессе очистки вредные при­меси полностью не ликвидируются, они лишь количественно уменьшаются до такой концентрации, которая условно считается безвредной. Но и при таком подходе во многих регионах испытывается острый не­достаток питьевой воды, ее там даже про­дают в бутылках.

    Не лучше обстоит дело и с поливной водой. Ее химический состав во многом определяет качество сельскохозяйственных продуктов. А в них теперь тоже увеличи­лось содержание нитратов, фосфатов, ме­таллов. В странах с высоким уровнем тех­нологической дисциплины примесей допу­скается относительно немного, в других странах – больше. И стремление повышать урожайность, как правило, приводит к ухуд­шению качества продуктов.

    Итак, круг замкнулся: люди портят сре­ду, среда укорачивает им жизнь. Так у мужчин РФ средняя продолжительность жизни составляла 63,8 лет в 1961-1965 гг., 65 лет в 1987 г. и 57 лет в 1994 г.1 Детская смертность во многих странах перестала снижаться, а в некоторых – даже начала расти. Грустные результаты принесли исс­ледования, проведенные Всемирной орга­низацией здоровья и ЮНЕП в Мехико, – в крови 70 процентов новорожденных детей обнаружено повышенное содержание с вин­ца. Все чаще появляются новые болезни. Где же выход?

    Разум подсказывает, что необходимо как можно скорее прекратить дальнейшее раз­рушение природы, приступить к ее восста­новлению в масштабах всей планеты и на­чать управлять численностью населения с тем, чтобы не выходить за рамки объектив­ных возможностей биосферы. Если этого не сделать, то нечего и надеяться на благо­получную перспективу развития человече­ства. Ситуация будет ускоренно ухудшать­ся, и это почувствует на себе уже сегод­няшнее молодое поколение.

    Пока же понимание того, что от взаимо­действия людей с природой реально зависит их жизнь, не стало всеобщим. И это легко объясняется. Большинство землян не имеет информации о состоянии нашей планеты в целом, и мало кто задумывается о том, как он лично воздействует на всю экологиче­скую систему.

    В то же время каждый человек хочет постоянно ощутимо улучшать условия своей жизни: лучше питаться, лучше оде­ваться, повышать комфорт жилья и т.д. Здесь результаты своего труда он чувствует непосредственно. Поэтому, несмотря на ухудшающееся состояние природы, перво­очередное внимание уделяется объему вы­пускаемых товаров и их качеству, а не созданию экологически чистых технологии. Наиболее ярко это выражено в развиваю­щихся странах, поскольку уровень жизни в них намного отстает от передового и стрем­ление людей жить лучше особенно велико.

    Возникает вопрос: а под силу ли людям найти компромисс между своими устрем­лениями и возможностями природы? На такой вопрос нельзя отвечать отрицатель­но. Чтобы не допустить скорого заката ци­вилизации, сегодняшние
жители Земли дол­жны найти способ выхода из создавшейся ситуации и соответственно изменить прави­ла жизни. Если этого сейчас не сделать, то может начаться неуправляемая цепная ре­акция распада той единственной экологиче­ской системы, в которой человек может существовать.

    Надо признать, что немало мер по уре­гулированию взаимоотношений человека с природой уже разработано. В развитых странах, где экономика подчинена рыноч­ным отношениям, интенсивно развиваются энергосберегающие технологии. Это позволяет меньше сжигать топлива и, стало быть, меньше выбрасывать в атмосферу углерода. Там же начали производить сво­бодный от свинца бензин – вредных при­месей в выхлопных газах стало намного меньше. В США широкий комплекс мер по очистке газообразных отходов позволил со­кратить в 1970–1987 годы выбросы свинца в атмосферу на 96 процентов, окислов – на 28 процентов и твердых частиц – на 62 процента. В Японии с 1973 года по 1984 год выбросы двуокиси серы уменьшились на 39 процентов. Некоторые страны начали восстанавливать леса. Но пока эти меры не решают всех проблем и находят примене­ние лишь на относительно небольших тер­риториях.

    Защита природы в глобальном масштабе потребует совершенно иных подходов. Сейчас трудно предугадать, как конкретно они будут реализованы, можно лишь сде­лать некоторые предположения. Во-первых, представляется очевидным, что будут нужны международные законы природопользования, обязательные для соблюдения всеми странами. А значит, потребуется создавать международный законодательный орган. Во-вторых, возникнет необходи­мость в крупных централизованных денеж­ных средствах для проведения исследова­ний, разработки новых технологий, созда­ния природоохранной техники. Оценить за­ранее общий объем этих средств не удает­ся. Но об их масштабах можно очень ори­ентировочно судить по тому, что только один план борьбы с опустыниванием, раз­работанный ООН в 1977 году, предполагал ежегодные расходы в размере 4,5 милли­арда американских долларов. Наверное, в формировании централизованных фондов будут участвовать все государства, но при этом будет учитываться их реальное эконо­мическое состояние. Страны, в которых значительная часть населения голодает, ед­ва пи смогут платить большие взносы. Ос­новное бремя, очевидно, ляжет на разви­тые страны. В-третьих, для управления вза­имодействием людей с природой предстоит разработать целую систему налогов и штрафов. Возможно, придется ввести налог на жизнь на Земле, то есть на пользование природой. Такой налог мог бы стать и ре­гулятором рождаемости. Для проведения финансовых операций тоже потребуется специализированная международная орга­низация. Наконец, при решении глобальных экологических проблем не обойтись без системы оперативного контроля, без своих юристов, без арбитража и других служб.

    В настоящее время поиск путей решения экологических проблем ведется на государ­ственных и международных уровнях. Этим занимаются в ООН, в Межпарламентском Союзе, объединяющем законодателей поч­ти всех стран мира, в региональных меж­парламентских и межправительственных организациях. Многие страны регулярно обмениваются информацией о текущем со­стоянии окружающей среды, создают об­щий банк экологических данных. К сожале­нию, наша страна пока недостаточно актив­но подключилась к этому процессу. А по­ложение у нас нельзя назвать благополуч­ным. Сама жизнь обязы­вает нас рассматривать вопросы восстанов­ления и защиты природы как первоочеред­ные. Одними из таких мер по восстановлению и защите природы от технических систем, созданных человеком, являются новые методы добычи сырья и новые виды энергии, о которых подробно идет речь в следующем разделе.  

 

Новые методы добычи сырья и новые виды энергии как основа обеспечения безопасности и экологичности технических систем 

 

    Научно-технический прогресс сыграл важную роль в измене­нии энергетической базы общества в течение ХIХ и ХХ вв., что отразилось на использовании природных ресурсов и характере загрязнения окружающей среды. ХIХ в. 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 промышленно-развитых 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 Питтсбург в Пенсильвании, Бирмингем в Алаба­ме и др. Законченными были и 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, вероятно, будет возрастать. В частности, увеличится приме­нение газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгора­ния, например установленных на 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, геотерминальный и гелиотерминальный виды энергии, исполь­зование энергии приливов ветра, которые можно эффективно применять благодаря современным достижениям техники.

    Атомная энергетика открытие века, за ней в перспективе большое будущее как экологически чистого производства элект­роэнергии. Чернобыльская катастрофа не должна стать причиной свертывания атомной энергетики. Вопрос заключается в совер­шенствовании технического прогресса управлением АЭС и обес­печении безопасности населения. Атомная энергетика имеет дол­говременные ресурсы.

    На VII мировой энергетической конференции, проходившей в Москве в 1968 г., была дана оценка содержания урана в морях и океанах на уровне 4 10⁹ т. Это значит, что данный вид топливно-энергетического ресурса практически неисчерпаем. Однако до недавнего времени мировые запасы определялись всего лишь 1,5 млн. т. (металлический уран). В 1977 г. в Японии предложены методы получения урана из морской воды. И вопрос в конечном счете сводится к удешевлению подобных процессов до уровня, приемлемого для широкого промышленного использования с учетом стоимости альтернативных источников энергии.

    Учитывая недостаточную надежность работы АЭС и боль­шую загрязненность окружающей среды от применения угля, в современных условиях общество обязано изыскать возможность применения в перспективе вышеназванных “мягких” источников энергии, не приводящих к загрязнению окружающей среды: гео­термальной и гелиотермальной энергии, использования энергии приливов и ветра, которые можно эффективно применять благо­даря современным достижениям техники.

    Источниками геотермальной энергии служат радиоактивные процессы, химические реакции и другие явления в земной коре. Температура на глубинах 2-3 тыс. м превышает 1000⁰С. Цир­кулирующие на таких глубинах воды нагреваются до значитель­ных температур и могут быть выведены на поверхность по буровым скважинам. В районах вулканической деятельности глу­бинные воды, нагреваясь, поднимаются по трещинам в земной коре. В таких районах термальные воды имеют наиболее высо­кую температуру; они нередко расположены ближе к поверх­ности. Иногда они выделяются на поверхность в виде перегрето­го пара. Термальные воды с температурами до 100⁰С выходят на поверхность во многих районах России. Значительные запасы таких вод имеются в Западной Сибири, на Северном Кавказе и в Закавказье, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Еще далеко не полностью изучены все возможности получения термальных вод. Так, если учесть воды, залегающие на глубине более 3 тыс. м, а также воды с повышенной минерализацией, то их запасы можно было бы существенно увеличить. Известны ресурсы высокотемпературного пара и пароводяных 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 1966 г. Здесь используется пароводяная смесь, которая выводится через буровые скважины на поверхность и направляется в сепарацион­ные устройства, где пар отделяется от воды при небольшом давлении. Пар приводит в движение турбогенератор, а вода при температуре выше 120⁰С применяется для теплофикации посел­ков, выращивания овощей в теплицах, бальнеологических целей и т.д.1

    Себестоимость добычи тепловой энергии таким способом в 2-2,5 раза 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 условии более полного освоения геотермальной энергии. Имеются предположения об использовании более круп­ных месторождений термальных вод на 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 200⁰С. На базе одной из них (Тарумовской), по мнению специалистов, можно соорудить геотермальную электростанцию мощностью 250–500 Мвт.

    В Краснодарском крае пробуренные геологами скважины вме­сто нефти вскрыли запасы горячей воды. Сейчас термальные воды используют для многочисленных теплиц объединения “Плодоовощевод”, для животноводческого комплекса, теплового орошения полей, промышленных предприятий и теплоснабжения населения. Крупные запасы термальных вод были обнаружены в Республике Ичкерия и других районах, но они пока слабо используются.

    Большими потенциальными ресурсами тепловой энергии об­ладают нагретые глубинным теплом Земли горные породы ряда районов страны. Особо значительной теплотой сгорания обла­дают сульфидные руды и концентраты. Процессы автогенной плавки могут быть высокоэффективно применены в производстве меди, никеля, кобальта, свинца из сульфидного сырья, а также для безотвальной переработки пиритных концентратов с получением серной кислоты или элементарной серы, железного концентрата и цветных металлов. Практическое освоение такой энергии, разработки способов извлечения тепловой энергии и создания опытных установок. Здесь пока сделаны первые шаги. Широкое использование геотермальной энергии, запасы которой практически 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 их приходится 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 существенно экономится топ­ливо. Все указанные устройства экономичны 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. 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 5-100 Мвт составят 1000 1500 долл./кВт мощности (это при­близительно в 10 раз дороже, чем на тепловой электростанции). Для получения энергии нужны большие площади зеркал при­мерно 50 км² на 1 млрд. кВт ч электроэнергии. Такой способ получения энергии на гелиоэлектростанции дорогой, однако небесперспективный, так как 15-20 лет назад стоимость производ­ства электричества из атомной энергии была в 2-3 раза выше, чем обычными (тепловыми) станциями, но уже в 80-х гг. стои­мость энергии на АЭС сравнялась, а во многих случаях стала ниже. В перспективе с учетом научно-технического прогресса в определенных районах окажется перспективной утилизация и солнечного излучения. В настоящее время применение 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 тоже пока еще дорог. Солнечные батареи уже ряд лет используются для питания электроэнергией космических кораблей при КПД до 200 о, что гораздо меньше теоретически возможного. Наземные электростанции на кремние­вых солнечных батареях на 1 кВт установленной мощности в 100 раз дороже атомных. Снижение стоимости солнечных батарей по мере совершенствования производства кремниевых дисков и лент сокращает разрыв в стоимости. По имеющимся прогнозам, к концу ХХ в. стоимость 1 кВт, полученного на солнечных стан­циях, может стать ниже, чем на атомных электростанциях. При их сравнении следует учитывать, что гелиоэлектрические станции вовсе не загрязняют окружающую среду. Перспектива их приме­нения зависит от прогресса в области гелиотехники.

    На состояние окружающей природной 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. Намного боль­ше и возможный объем производства ветровой электроэнергии (до 18 трлн. кВт ч). Если использовать только 1% этой потен­циальной энергии, то можно удовлетворить ею значительную часть сегодняшних потребностей страны. Наиболее мощная уста­новка в мире имеет мощность 2 Мвт (в Швеции, где своего топлива недостаточно). Рассматривается вопрос о создании вет­роэнергетических установок общей годовой мощностью 15 млрд. кВт ч с сооружением башен высотой 100 м.

    В России разработано несколько типов ветродвигателей с диаметром колес до 36 м. В Дании и США в опытной эксплу­атации находятся ветродвигатели с колесами диаметром до 60 м. В России намечается строительство ветроэлектростанций мак­симальной мощностью 1 Мвт, небольшая часть их будет иметь меньшую мощность. Значительная часть ветроэнергетических установок может уже сейчас найти применение в сельском хозяй­стве для подачи воды, мелиорации земель, аэрации воды, к атод­ной защиты трубопроводов от коррозии, для питания аккумуля­торов и других целей в тех случаях, когда допускаются переры­вы в снабжении электроэнергией. Целесообразность применения энергии ветра для производства электроэнергии в больших мас­штабах находится в стадии изучения. Ветроэлектростанции мог­ли бы быть использованы для работы в энергетических системах. Они должны обладать аккумулирующими установками, что при­ведет, однако, к повышению стоимости электроэнергии. Эконо­мическая эффективность применения ветроэлектростанций пока изучена слабо, особенно в переходный период к рыночной эконо­мике в 1986–1999 гг., когда в России происходят спад производ­ства, неудержимый рост цен, инфля­ция и т.д.

    В США в противовес осуществляемому проекту создания подземного запаса импортируемой нефти в 1 млрд. баррелей выдвинуто предложение производить эквивалентное этому запа­су количество электроэнергии с помощью ветровых электрогене­раторов. В расчете была принята цена больших ветровых генера­торов 500 долл./кВт установленной мощности, работающих при 30%-ном использовании мощности. Предполагалось, что затра­ты на содержание подземных хранилищ нефти составят 3,5 млрд. долл., а содержащаяся в них нефть будет стоить 15 млрд. долл. (в действовавших тогда ценах). Если направить все эти средства последовательно на закупку ветровых двигателей, то к концу десятилетнего периода их общая мощность достигнет 37 тыс. Мвт, а количество сэкономленной нефти 1,15 млрд. баррелей.

    К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и отливов. Для их использования сооружают 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 одно-бассейновой 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 ч 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 во Франции на берегу Ла-Манша, в устье р. 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 станции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской на 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 электрогенератора и поступают затем в следующий теплообмен­ник, где они охлаждаются холодной водой, поданной с больших глубин до 1000 м. Возможность создания подобных электро­станций изучается и в России.

    Говоря об экологически чистых источниках энергии, следует указать на строительство гидроэлектростанций на реках. Их, конечно, нельзя отнести к новейшим технологическим 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. Разумеется, нужно учитывать условия их сооружения, не допуская затопления пойменных земель.

    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 электролиза 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 стать относительно эффективным.

    Близка перспектива производства электромобилей. По дан­ным компании “Дженерал моторс”, лучшие электромобили при скорости 80 км/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 сеть, состав­ляет 6–7%, автотранспорта (начиная с добычи нефти и переработки ее в 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.1 

 

Заключение

 

    Обособленное от личности и природы развитие науки и техни­ки привело к тому, что научно-технический прогресс стал понимать­ся в узком смысле как совокупность достижений науки и техники. Ясно, что такое понимание социально и экологически негативно, по­скольку в этом случае прогрессом придется называть изобретение новых видов оружия и технологическое уничтожение природной среды. Происходит незаметная, на первый взгляд, подмена. Когда го­ворят о научно-техническом прогрессе, подразумевают, как само со­бой разумеющееся, что он заведомо оказывает благотворное влия­ние на человека и природу; результаты же часто бывают совершен­но противоположными.

    Каждое отдельное достижение науки и техники – несомнен­но, прогресс в данной отрасли знания и практики. Но будет ли оно прогрессом культуры в целом – это уже вопрос, так как оно может оказать негативное влияние на развитие общества. И тем более по от­ношению к состоянию природы. Научно-технический прогресс тогда экологически полезен, когда его достижения находятся в гармонии с направлением эволюции и возможностями природы. Для того, чтобы сочетать научно-технический прогресс с социально-природным необходимо следовать трем принципам внедрению достижений науки и техники.

    1. Существует, как правило, не один, а несколько вариантов преобразования природы, из которых выбрать предстоит наилуч­ший, в том числе с экологической точки зрения. Чтобы выбор был полноценным, следует проработать имеющиеся варианты с привле­чением всего набора наличных средств (принцип альтернативности). Поэтому до осуществления любого проекта, влекущего за собой те или иные экологические последствия, требуется создание комплекс­ных проектно-исследовательских групп, составленных из специа­листов различного профиля и разрабатывающих альтернативы по­ставленных целей.

    Работа таких организаций должна состоять не только в изуче­нии положения в данном районе, но также в натурном и математиче­ском моделировании будущих ситуаций. Данным организациям не обходимо тесно сотрудничать между собой, и координация их рабо­ты должна осуществляться единым центром, в который поступала бы вся информация о состоянии системы “человек – природная сре­да” и в котором на основе моделей развития отдельных регионов строились бы глобальные модели.

    2. Учитывая ограниченные возможности современных мето­дов прогнозирования последствий воздействия человека на природу и растущий риск отрицательных экологических моментов, необхо­димо создавать крупные научно-технические полигоны, на которых в течение продолжительного времени (двух-трех поколений, чтобы последствия полностью обнаружили себя, ибо, по данным генетиков, они могут проявиться именно у последующих поколений) проверя­лись бы все новые научно-технические разработки, в том числе в об­ласти атомной энергетики, химизации и т.д. (принцип проверки). Эти своеобразные научно-технические заповедники должны быть удалены от мест скопления населения, и испытывать научно-техни­ческие инновации ученые должны на самих себе и на добровольцах, осведомленных о возможных последствиях.

    Если бы последствия своих изобретений испытывали на себе сами ученые (настоящие, а не в кавычках физики и химики), наука, во-первых, вновь превратилась бы из выгодного бизнеса в довольно опасное предприятие, а, во-вторых, в менее тяжелом положении бы­ла бы природная среда.

    3. Решать же, внедрять ли в широкую практику после всесто­ронней и продолжительной проверки достижения науки и техники должны сами люди, живущие в данном регионе, в обстановке полной экологической гласности (принцип референдумов). Условие доступа ко всей потребной для осуществления подлинного выбора информа­ции, конечно, является обязательным. Во многих странах уже сейчас проводятся подобные референдумы (например, по вопросам строи­тельства атомных электростанций). Это и есть действительное осу­ществление власти народом, прямая экологическая демократия.