Главная Статьи Тепловые электростанции (ТЭС) Энергия угля

Энергия угля

Введение

Примерно  250 000 000 – 400 000 000 лет назад, в каменноугольный период, под жарким доисторическим солнцем стремительно разрастались древние леса, болота и заболоченные местности. Через тысячи лет эти площади значительно увеличились в размерах и были заселены живыми существами, которые стали источником биологического материала, слоями откладывающегося в местах обитания. Толщина и глубина слоев увеличивалась, под воздействием давления и тепла менялась их структура. Энергия имеет свойство сохраняться в окружающей среде, ее нельзя создать, нельзя и уничтожить. Вся энергия, которая была использована для возникновения жизни в лесу, приобрела новую форму, которую мы называем углем.

Происхождение угля

Уголь – результат существования древних лесов и болот и отложения биологического материала во время их роста. После умирания биологический материал погружался в воду. При его распаде атомы кислорода и водорода покидали материал, в нем оставались только атомы углерода. Слои углерода погружались все глубже и подвергались большему давлению. При росте давления накапливалось теплота. Тысячи лет материал находился под воздействием высокого давления и температур, в условиях биологической печи. Так появился уголь. Уголь может принимать различные формы, однако источник его происхождения не меняется: это биологический материал. На форму угля влияет различное давление, количество тепла и время, проведенное в биологической печи. При этом может получаться твердый уголь, или антрацит, либо мягкий или битуминозный уголь.

Получение энергии при сжигании угля

В угле заложена энергия в форме химических связей, которые освобождаются при его сжигании. Для освобождения заключенной в угле энергии необходима энергия активации, или тепло. Аналогией этой заключенной энергии является растянутый кусок резины. В растянутом куске есть энергия, но она не освобождена. Энергия активации для растянутой резины может служить лезвие, которое рассекает этот кусок. При рассекании резины высвобождается заключенная в ней энергия. Теплота является своего рода лезвием, которое "рассекает" химические связи и освобождает энергию. Энергия, освобожденная при сгорании угля, имеет форму теплоты. Освобожденная из угля тепловая энергия передаются воде, которая нагревается до температуры кипения. Энергия кипящей воды производит пар. Энергия присутствует в паре в форме высокого давления. Давление пара может приводить в движение турбину генератора. Турбина передает энергию давления пара вращательному движению. Вращательное движение турбины используется для поворота электрического генератора, который производит электроэнергию.

Этот процесс извлечения энергии легко использовать для производства различных видов энергии. Чаще всего для извлечения энергии применяется нагрев воды для производства пара высокого давления, который вращает турбину. Формы извлечения отличаются только в источнике теплоты, который может быть чем угодно - от нефти до ядерного деления.

Факты

Энергия угля эффективна и до недавнего времени оставалась достаточно рентабельной. Сейчас ее использование ограничено по двум основным причинам: недостаток запасов и загрязнение окружающей среды. Уголь является невозобновляемым источником энергии, поэтому  в ближайшем времени его запасы закончатся. Следует очень осторожно использовать оставшийся уголь и думать о будущем. Второй основной причиной, по которой редко используются электростанции на угле, является загрязнение. Угольное топливо сгорает с выделением в атмосферу густого черного дыма. Этот дым может стать причиной  различных болезней и явлений, от эмфиземы и выцветания краски до кислотного дождя. Загрязнение объясняется наличием в угле различных включений. В связи с тем, что контролировать соотношение топлива и кислорода крайне затруднительно, серные и фосфорные включения приводят к образованию и выделению диоксида серы, угарного газа и других загрязняющих атмосферу соединений.

Если рассмотреть энергетическую проблему в перспективе, становится понятно, что уголь не сможет стать экологически чистым источником энергии по нескольким причинам. Диоксид серы и азот могут соединяться с атмосферной водой, это приводит к образованию серной или азотной кислоты и кислотным дождям. Кислотные дожди разрушают мраморные статуи, наносят вред дикой природе и загрязняют воду. Большое количество углекислоты, выделяемой при сжигании угля, повышает плотность атмосферы и приближает катастрофу, связанную с всемирным потеплением. Всемирное потепление, на самых поздних стадиях, растопит лед на полюсах и спровоцирует сильнейшие наводнения на мировом уровне.

В Соединенных Штатах запасов угля осталось всего на 50 лет, потом его просто не будет. Для улучшения медико-санитарных характеристик работающих на угле предприятий ученые разработали новые системы очистки, которые позволяют удалять 99% сажистых частиц и 95% углекислого газа. Новые технологии помогут возродить промышленность, но на этом останавливаться нельзя. Сейчас уровень загрязнения работающей на угле промышленность значительно снижен, хотя в слаборазвитых странах уголь до сих пор сжигают без применения очистных сооружений и соблюдения каких-либо нормативов. Для успешного развития работающих на угле электростанций необходимо внедрять новые системы очистки на всех этапах сжигания угля. Если ученые найдут способы увеличить производительность и снизить стоимость подобных фильтров, в ближайшие 50 лет уголь можно будет использовать в качестве надежного источника энергии. Но только при условии дальнейших усовершенствований в этой отрасли!

00001.09.2008, 4772 просмотра.

Атрибуты

Источник http://library.thinkquest.org/C004471/tep/en/traditional_energy/coal_power.html