Енергозбереження та екологія

Мета: розглянути енергозбереження з погляду розвитку енергетики та впливу її на екологію України.

         Завдання:

1. Визначити основні джерела енергії, які використовує людство.
2. Розглянути вплив електростанцій на екологічну ситуацію України.
3. Розглянути можливі шляхи покращення екологічного стану навколишнього середовища в зв’язку з енергозбереженням.
4. Проаналізувати інформацію про відновлювані джерела енергії, спробувати намітити шляхи їх використання на території України.

         Тип тренінгу: просвітницький.

         Цільова група тренінгу: підлітки 14-16 років.

         Кількість учасників: 15-25 осіб.

         Тривалість тренінгу: 90 хвилин

1. Відкриття тренінгу (3 хв.)

(привітання, тема, завдання, представлення тренера)

2. Знайомство (10 хв.)

         Мета вправи: Створити довірливу доброзичливу атмосферу між учасниками, познайомити учасників один з одним.

Намалювати на ватмані будинок. Кожен учасник отримує силует електричної лампочки, де записує своє ім’я та 3 електричні предмети побуту, що використовує найчастіше

         Кожен учасник презентує свою роботу.

3. Прийняття правил роботи групи (5 хв.)

Що необхідно для створення робочої атмосфери, почуття комфорту для всіх учасників?

Правила:

• дотримуватись регламенту;
• висловлюватись по черзі (правило руки);
• зберігати конфіденційність (правило табу);
• працювати в групі від початку до кінця;
• бути активним;
• не перебивати;
• бути взаємно ввічливими;
• взаєморозуміння.

4. Очікування (7 хв.)

Чого чекаємо від тренінгу?

Мета: сформувати очікування для кожного учасника

Очікування формулюємо, передаючи клубок ниток (своєрідний символ електродротів)

5. Бажане довкілля (10 хв.)

Мета: формувати уявлення про бажане довкілля

Робота в парах. Учасники розбиваються на пари, малюють силует долоні, на пальцях прописують тези бажаного життя, презентують їх

6. Інформаційне повідомлення педагога "Енергетика в житті кожного" (5 хв.)

Мета: ознайомити учасників з енергетикою, як галуззю життя.

7. Гра “Пересідалки”. (5 хв.)

Мета: розвантажити учасників, провести активізацію уваги.

Питання: хто має телевізор поміняйтеся місцями?

Хто сьогодні вмикав електрику?

Хто сьогодні викинув папірець в смітник?

8. Електростанції та екологія (10 хв.)

Мета: формувати знання про екологічний вплив ТЕС, АЕС, ГЕС

Робота в групах.

Підготовка презентацій за інформацією.

Поділ на групи можна провести за кольорами світлофора

Презентація напрацювань

9. Мозковий штурм. "Відновлювані джерела енергії" (5 хв.)

Мета: запропонувати відновлювані джерела енергії

10. Міні-лекція "Альтернативні джерела енергії" (5 хв.) (інформація тренера).
11. Цікаві факти (5 хв.)

Мета: обговорити альтернативні, відновлювані джерела енергії

Повідомлення учнів.

• Вчені Харківського університету з'ясували, що після біологічного очищення каналізації залишається осад, з якого можна виробляти метан, а з нього генерувати електроенергію. Таким способом можна забезпечити електричним струмом 75% очисних споруд в такому місті як Харків. І харків'яни виграють, тому що вартість послуг зменшиться мінімум на 30%.
• Олімпіада в Сіднеї забезпечувалася електроенергією в основному за рахунок сонячної енергії, а також переробки вторинної сировини і сміття.
• На сході Криму змонтовані і запущені в експлуатацію 3 установки АВЕ - 250 ІД потужністю 200 кВт кожна. Крим - це місце базування перших Українських ВЕС.
• Тайські вчені розробили схему переробки гною слонів (кожен слон "виробляє" його від 40 до 50 кг на день) в електроенергію: у процесі бродіння екскременти слонів виділяють горючий газ, який може використовуватися як сировина для промисловості.

12. Енергозбереження для мене… (12 хв.)

         Мета: в групах розробити рекомендації, запропонувати конкретні шляхи збереження енергії в побуті.

Робота в групах.

Кожен з нас повинен робити свій власний внесок у вирішення питань енергозбереження.

         Учні працюють над листівкою "Рекомендації жителям міста, щодо збереження енергії та економії власного бюджету"

         Презентація кожної групи.

13. Справдження очікувань (6 хв.)

Мета: визначити, чи плідною виявилась праця

Викресліть один електроприлад з свого щоденного використання на своїй іменній лампочці в будинку.

14. Закриття тренінгу. Підведення підсумків. (2 хв.)

         ІНФОРМАЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ПЕДАГОГА

         Енергетика

         Основою розвитку людської цивілізації є енергетика, або паливно-енергетичний комплекс. Від стану енергетики залежать темпи науково-технічного прогресу та виробництва й життєвий рівень людей. Темпи зростання виробництва енергії в світі сьогодні перевищують темпи приросту населення, що обумовлене індустріалізацією, зростанням енергозатрат на одиницю продукції в сільському господарстві й гірничорудній промисловості тощо.

         Джерела енергії, що їх використовує людство, поділяються на відновлювані й невідновлювані. До перших належать енергія Сонця, вітру, гідроенергія рік, внутрішнє тепло Землі, морських припливів і відпливів тощо, а до других — викопне мінеральне паливо, ядерна енергія. Відновлювані джерела енергії не змі­нюють теплового балансу Землі, оскільки при використанні їх людиною має місце лише трансформація одних видів енергії в інші (скажімо, енергія Сонця перетворюється спочатку на електроенергію, а лише потім переходить у тепло). Використання ж не­відновлюваних джерел енергії спричинює додаткове нагрівання атмосфери й гідросфери. Це небезпечно, бо може викликати небажані наслідки для клімату Землі, розподілу на ній суші й моря, вплинути на тваринний і рослинний світ. Отже, є теплова межа, яку людство не повинне переходити, оскільки інакше це буде загрожувати йому катастрофічними наслідками. За розрахунками вчених, небезпечна межа настане в разі використання людством невідновлюваних джерел енергії у кількості, що переви­щить 0,1 % потужності потоку сонячної енергії, яка надходить на Землю, тобто в кількості, більшій 100 млрд. кВт. Сьогодні людство виробляє енергії на базі невідновлюваних джерел потужністю в 10 разів менше гранично допустимої межі. Якщо такі темпи росту виробництва енергії на базі невідновних джерел збережуться й надалі, то допустимої теплової межі буде досягнуто десь в середині XXI ст. Проте людство продовжує нарощувати темпи виробництва енергії на базі невідновних джерел, і нині 70 % усієї енергії воно отримує за рахунок спалювання вугілля, нафти й газу, близько 7 % — за рахунок роботи атомних електростанцій.

         Крім вуглеводневого палива й урану, в природі є ще один вид невідновлюваної енергетичної сировини, яку дехто вважає сировиною майбутнього. Це — дейтерій, або важкий водень, потенційне паливо для термоядерних реакторів, поки що не створених. Запаси цієї сировини, присутньої у водах Світового океану, оцінюються в 1900. Проте на шляху до використання термоядерної енергетики є великі перепони. По-перше, промислові термоядерні установки не створено, невідомо, наскільки вони будуть ефективними, економічними й головне — безпечними. По-друге, для таких уста­новок потрібен інший компонент — тритій, якого в природі нема — він отримується штучно із значними затратами енергії, або літій — метал, запаси якого на Землі дуже незначні. І, нарешті, по-третє, термоядерні електростанції, навіть якщо їх і буде створено, матимуть ті ж обмеження, що й теплові, тобто виробництво енергії на них не зможе нарощуватись необмежено через теплову межу.

         Запаси енергії відновлюваних джерел становлять: вітер — 0,4, морські припливи і хвилі — 0,2—0,3, внутрішнє тепло Землі — 0,2, сонячне випромінювання — 2000 умовних одиниць.

         Екологічний вплив ТЕС

         Забезпечення паливом — одна з найзлободенніших проблем незалежної України. За даними українських вчених, наша держава забезпечена власним вугіллям на 95 %, нафтою — на 8 і при­родним газом — на 22 %.

         Виробництво електроенергії на ТЕС супроводжується виділенням великої кількості тепла, тому такі станції намагаються буду­вати недалеко від великих міст і промислових центрів для використання (утилізації) цього тепла. У зв'язку з обмеженістю світових запасів мінерального палива вчені й технологи продовжують працювати над поліпшенням параметрів енергоблоків, підвищенням їх ККД, що дає змогу більш економно витрачати паливо. Так, значна економія палива сприяє збільшенню одиничної потужності енергоблоків. Сьогодні ТЕС обладнані енергоблоками на 1000— 1200 МВт. Сучасна технологія дозволяє підвищити цю потужність до 3000 МВт, що збереже палива на кілька відсотків. Подальше зростання потужності блоків (до 5000 МВт) можливе у разі розробки так званих кріогенних генераторів, які охолоджуються зрідженим гелієм.

         Знизити питомі витрати палива можна й шляхом підвищення ККД генераторів на ТЕС. Нині ККД досяг своєї межі близько 40 %, але можливе подальше його збільшення (за розрахунками до 60 %) за рахунок впровадження перспективних магнітогідродинамічних (МГД) генераторів, дослідні зразки яких сьогодні проходять випробування в ряді країн.

Спалювання мінерального палива супроводжується значними забрудненнями природного середовища. Розглянемо головні з них.

         Забруднення атмосфери газоподібними й пиловими викидами. В результаті спалювання вуглеводневого палива в топках ТЕС, а також двигунах внутрішнього згоряння в атмосферу викидається вуглекислий газ, концентрація якого зростає приблизно на 0,25 % за рік. Це небезпечно, бо може викликати в майбутньому розігрівання атмосфери за рахунок парникового ефекту. З труб ТЕС і вихлопних труб автомобілів у атмосферу викидають­ся також окиси сірки й азоту, які є причиною виникнення кислот­них дощів . Атмосфера забруднюється також дрібними твердими частками золи, шлаку, неповністю згорілого палива (сажею). Для зменшення шкоди від цих забруднень вугілля очи­щають від сполук сірки перед його спалюванням у топках ТЕС, вловлюють з диму ТЕС оксиди сірки й азоту за допомогою фільт­рів, установок типу "циклон" тощо. Для зменшення токсичності вихлопних газів автомобілів застосовують регулювання двигунів, впроваджують "екологічно чисті" марки пального, встановлюють на автомобілях спеціальні каталізатори, що допалюють чадний газ до вуглекислого тощо.

         Радіоактивне забруднення. Оскільки разом з вугіллям у топки ТЕС потрапляє кількість пустих порід (сланців), що містять домішки природних радіоактивних елементів, частинки золи, що вилі­тають із труб ТЕС, є слаборадіоактивними. Отже, має місце радіоактивне зараження атмосфери й земної поверхні. Щоправда, воно не таке шкідливе, як радіоактивне забруднення від АЕС, тому що вугільні породи містять такі природні ізотопи (урану, торію тощо), які існували в біосфері мільйони років і до яких живий світ пристосувався — більшість рослин і тварин не накопи­чують цих ізотопів у своєму організмі на відміну від штучних радіонуклідів, які викидають АЕС. Існуючі методи очищення газів від частинок золи дозволяють зменшити цей вид забруднен­ня в 100—200 разів, таким чином зменшуючи радіоактивне за­бруднення від ТЕС до майже фонового рівня.

         Екологічний вплив АЕС

         У 1988 р. за даними міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ) в 26 країнах експлуатувалося 416 ядерних енергоблоків, що виробляли близько 16 % усієї електроенергії світу. Деякі країни, наприклад Франція, основну ставку зробили саме на АЕС — у цій країні АЕС виробляють близько 70 % всієї електро­енергії. Але ряд країн (Швеція, Данія, Австрія, Філіппіни) заявили про свій намір повністю відмовитись від АЕС і демонтувати ті ядерні блоки, які там працюють сьогодні. Палкі суперечки особливо посилились після трагічної катастрофи на Чорнобильській АЕС у 1986 р. Одні вчені, енергетики й політичні діячі відстоюють тезу про те, що без атомної енергетики людство не зможе обійтися й що слід лише зробити все можливе, щоб звести ризик аварії на АЕС до мінімуму. Як довід на користь АЕС, наводять дані про те, що АЕС використовує мало "палива" порівняно з ТЕС (добова витрата мазуту на електростанції потужністю 2000 МВт — 8,3 тис. т, вугілля — 10 тис. т, урану — 180 кг). Вітчизняні енергетики-атомники довгий час також доводили, що електроенергія, яка виробляється на АЕС, дешевша тієї, яку виробляють ТЕС, і що АЕС, мовляв, менше забруднюють природне середовище, ніж ТЕС.

         Доведено, що "дешевизна" атомної енергетики (яка, за даними колишнього Мінатоменерго, була в СРСР втроє дешевшою, ніж у розвинених країнах Заходу) — це була свідома фальсифікація. Справа в тому, що проектувальники вітчизняних АЕС не включили у вартість "атомного" кіловата такі витрати, як переробка й поховання радіоактивних відходів, що, за оцінками фахівців, становить понад 75 % вартості всього паливного циклу АЕС. Не було враховано також вартості демонтажу АЕС, а між тим кожна АЕС через 25—30 років роботи має бути зупинена, розібрана або похована, оскільки радіоактивність її агрегатів й обладнання перевищить усі допустимі норми. А вартість демонтажу АЕС, за оцінками західних спеціалістів, дорівнює вартості її будівництва. Не були враховані й інші витрати, пов'язані з експлуатацією АЕС, зокрема, з вимогами безпеки її роботи (на АЕС, що функціонують в розвинених країнах, ці вимоги набагато серйозніші, ніж на наших). Все це показує, що вартість "атомного" кіловата насправді виявляється втроє дорожчою від "газового" і вдвоє — від "вугільного". Як пишуть німецькі експерти в цій галузі, "атомна енергія дешева лише там, де безпека стоїть на другому місці, й доти, поки людство мириться з тим, що його сьогоднішнє марнотратне ставлення до електроенергії загрожує майбутнім поколінням пекельним радіоактивним жахом".

         Найголовнішим є те, що атомна енергетика настільки згубно впливає на біосферу, а аварія на АЕС, якої неможливо уникнути на 100 %, яких би заходів не було вжито, настільки небезпечна для людства, що відстоювати цей метод отримання енергії не лише неприпустимо, але й аморально.

         Забруднення починається на стадії добування сировини, тобто на уранових рудниках. Після вилучення урану з руд залишаються величезні відвали слабо радіоактивних "пустих" порід — до 90 % добутої з надр породи. Ці відвали забруднюють атмосферу радіоактивним газом радоном, дуже небезпечним, бо, як доведено медиками, він спричинює рак легенів.

Кількість радіоактивних відходів зростає на стадії збагачення уранової руди, з якої виготовляються спеціальні тепловиділяючі елементи (твели), які надходять на діючу АЕС. У реактор типу РБМК (сумно відомий після аварії на Чорнобильській АЕС) завантажується близько 180 т таких твелів, які в результаті роботи реактора перетворюються на високорадіоактивні відходи, смер­тельно небезпечні для всього живого. АЕС — це, по суті, підприєм­ство, яке поряд з електроенергією виробляє велику кількість надзвичайно небезпечних речовин. Лише в США за станом на 1986 р. накопичилося близько 12 000 т таких відпрацьованих твелів, а до 2000 р. до них додасться ще 40 000 т цього пекельного матеріалу.

         Відпрацьовані твели кілька років зберігаються на території АЕС у спеціальних басейнах з водою, поки їх радіоактивність трохи знизиться, після чого їх у спеціальних поїздах перевозять на фабрику для регенерації ядерного палива. Тут твели оброб­ляють, вилучивши з них той уран, що ще не "вигорів", і виго­товляють з нього нові твели.

         Прихильники атомної енергетики довго твердили, що великою перевагою АЕС є те, що відпрацьоване паливо можна багаторазово переробляти й знову використовувати в реакторі, доки не "виго­рить" увесь уран. Насправді вже після другого такого циклу регенерації залишки палива у твелах насичуються великою кіль­кістю сторонніх ізотопів і продуктів розщеплення, що не дозволяє знову використовувати їх у реакторі. "Вигоряє" лише 2 % урану, що був у твелі першого циклу. Натомість твел перетворюється на надзвичайно високорадіоактивний матеріал, який потрібно десь зберігати сотні й тисячі років.

         Радіація має таку особливість: все, що стикається з радіоактив­ним матеріалом, саме стає радіоактивним. Стають радіоактивними, а отже, й небезпечними для всього живого, машини, контейнери, обладнання, приміщення, навіть одяг обслуговуючого персона­лу. Все це потрібно десь захоронити на багато років. Але надійних методів зберігання радіоактивних відходів не існує. Радіацію неможливо якось зупинити, "вимкнути" чи знищити — ці мате­ріали треба десь надійно й безпечно для біосфери зберігати сотні років, поки не розпадуться радіоактивні ізотопи. А серед них багато таких, період піврозпаду яких обчислюється тисячами років. У процесі зберігання контейнери з відходами не повинні стикатися з підземними водами, приміщення, де вони переховуються, потрібно вентилювати (сотні років!), бо за рахунок виді­лення тепла з відходів контейнери нагріваються до 200 °С і мо­жуть потріскатися. Всі ці сховища треба надійно охороняти, щоб виключити проникнення в них сторонніх людей чи зловмисників.

         Сказане цілком стосується і самих АЕС. Через 25—30 років експлуатації все їхнє обладнання, апаратура, ємкості, приміщен­ня, транспортні засоби тощо стають настільки радіоактивними, що їх потрібно демонтувати й захороняти на сотні років. А на захоронення лише одного реактора потрібно близько 40 га землі.

         "Нема жодного іншого енергоносія,— пише німецький вчений Е. Гауль,— використання якого залишало б хоч приблизно стільки відходів, скільки дає ядерна енергетика, й немає таких відходів, які за ступенем небезпечності хоча б віддалено нагадува­ли продукти розщеплення".

         Накопичення в природі невластивих для неї радіоактивних речовин надзвичайно шкідливо діє на біосферу. В зонах, забруднених після аварії на ЧАЕС, вже сьогодні спостерігаються масові аномалії у рослин (гігантизм листя дерев, спотворення деяких рослин до такого стану, що важко визначити їх вид), народження нежиттєздатних мутантів у тварин (поросят без очей, лошат з вісьмома кінцівками тощо). Чорнобильська катастрофа викликала пригнічення імунної системи у людей і тварин, у результаті чого ускладнився перебіг таких захворювань, як грип, запалення легенів, збільшилася смертність від "звичайних" захворювань.