Экологические проблемы энергетики
Одним из важнейших факторов, определяющих уровень экономического развития общества, является уровень использования и количество потребляемой энергии на душу населения. Процессы превращения первичной энергии, имеющей место в обществе, связывают между собой экономические, социальные и экологические показатели. Социальный уровень жизни определяется количеством энергии, потребляемой человеком, а это значит, что для повышения качества жизни необходимо вырабатывать больше энергии. Основным источником энергии в настоящее время является нефть, газ и уголь.
- Традиционные способы выработки тепло- и электроэнергии в котельных и на ТЭС из этих первичных источников энергии, использование топлива в топливопотребляющих технологических установках сопряжены с разносторонним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду:
- выбросом в атмосферу вредных веществ;
- сбросом минерализованных и нагретых вод; .
-потреблением в значительных количествах кислорода и воды;
-изъятием больших площадей земли для захоронения отходов (шлака, золы) и др.
Это воздействие является причиной закисления почвы и воды, способствует возникновению парникового эффекта, обуславливающего повышение планетарной температуры, провоцирует другие необратимые процессы. Кроме того, органическое топливо - это невосполнимые источники энергии, а это значит, что темпы их возобновления во много раз ниже темпов их потребления.
В результате антропогенной деятельности человечества за последние 30-40 лет планетарная температура поднялась на 0,6-0,7 °С и является наиболее высокой за последние 600 лет. Поднялся средний уровень океанов по сравнению с прошлым столетием на 10-15 см. За это же время отступили все зарегистрированные горные ледники.
Научные оценки в основном совпадают в констатации усиления тенденции к потеплению климата. Средняя температура на планете к 2015 году может повыситься на 1,3 -1.5°С. Спектр пагубных тенденций может быть очень широким: от повышения мирового океана на 0,3-1,0 м до изменения климатических систем перераспределения осадков.
Современные технологии способны оказывать негативное воздействие не только на климат, но и на здоровье людей. Согласно докладу группы экспертов, опубликованных в 1997 г., воздействие продуктов сжигания только твердого топлива в период до 2020 г. может обернуться ежегодной смертью 700 тыс. человек. Сокращение же выбросов на 10-15 % спасло бы жизнь 8 млн. человек. Из сказанного следует вывод: обеспечивая повышение жизненного уровня населения,, в каждом государстве необходимо стремиться к разработке таких предметов потребления и технологий их производства, которые потребляли бы меньшее количество энергии, обеспечивая параметры их, выше параметров своих предшествующих аналогов, и тем самым уменьшая вредное воздействие на окружающую среду.
Осознание необходимости принятия конкретных мер по уменьшению воздействия на климат пришло к мировому сообществу уже давно, и в середине 70-х годов XX в. начались активные работы в этом направлении: в 1978 г. Климатическую программу приняли в США; в 1979 г. на Всемирной климатической конференции в Женеве заложены основы Всемирной климатической программы; в 1988 г. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (UNEP) учреждена Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК); 9 мая 1992 г. в Нью-Йорке в соответствии с резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН об охране глобального климата в интересах нынешнего и будущего поколений принята Рамочная конвенция ООН об изменении климата.
Существует проблема и авиационной экологии. Самолет воздействует на атмосферу не только механически, направляя поток импульса воздуха вниз на Землю, но и энергетически, физически, химически и оптически. При сжигании топлива в атмосферу выделяется тепловая энергия, а вместе с ней образуется большое количество оксидов и кислот (азота, серы, углерода, хлора), происходит конденсация водяного пара в струйно-вихревом следе, легко наблюдаемом с Земли в виде белых шлейфов. Помимо перечисленных существует и проблема звукового удара.
Придавая важность необходимости изучения среды обитания человека, в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась конференция с участием первых лиц 156 государств, которые подписали так называемую Рамочную конвенцию об изменении климата. Развитием ее является известный Киотский протокол 1997 года. Это первый в истории человечества случай, когда практически все мировое сообщество подключилось к решению такой сложной научной задачи, как охрана климата. Основным содержанием Киотского протокола является обязательство 35 стран мира по сокращению эмиссии парниковых газов, в первую очередь СО2, к концу 2012 г., по сравнению с базовым 1990 г., от 92 до 100 %. Согласно протоколу, промышленно развитые страны должны снизить такие выбросы на 5,2 %.
И хотя Киотский договор до сих пор не вошел в силу, поскольку он не ратифицирован большинством стран, тем не менее темпы роста эмиссии диоксида углерода в атмосферу резко замедлились еще 10-12 лет тому назад. Анализ перспективных структур мирового энергобаланса позволяет заключить, что пик этой эмиссии будет зафиксирован в течение ближайших 20-25 лет на уровне, не слишком отличающемся от современного. В настоящее время выбросы составляют около 7 млрд. т углерода в год, а ожидаемый пик по прогнозам составит примерно 9 млрд. т в год .
6.2. Парниковый эффект
Глобальное потепление является твердо установленным научным фактом. За последние 20-25 лет зафиксированное потепление составило 0,35 °С. По прогнозам пик глобального потепления будет зафиксирован на уровне 1,5-2,0 °С выше современного примерно через 200 лет. В Беларуси с 1989 г. среднегодовая температура повысилась на 1,1°С.
Основной причиной глобальных процессов, изменение климата на нашей планете являются существующие технологии, оказывающие негативное воздействие не только на климат, но и на здоровье людей, выбрасывая в атмосферу парниковые газы, которые обуславливают парниковый эффект.
Парниковый эффект - это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и, тем самым, способствовать аккумуляции тепла Землей, средняя температура которой в настоящее время составляет около 15 °С. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии.
До вмешательства человека в глобальные процессы Земли, изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые и были названы «парниковыми». К таким газам относятся: диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар. В настоящее время к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового «одеяла», окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30 ... 40 °С, что обусловило бы проблематичность существования живых организмов в таких условиях.
В результате техногенной деятельности человека изменяется общий баланс тепла, влаги и веществ в атмосфере Земли. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50 % парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20 % и на долю метана - 18 %.
В приложении к климатической Конвенции ООН названы технологические процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов:
-в энергетике - сжигание топлива, энергетическая, обрабатывающая и строительная промышленности;
-при добыче и транспортировке топлива - твердое топливо, нефть и природный газ;
-промышленные технологии - горнодобывающая, химическая, металлургическая, производство и использование галогенизированных углеродных соединений;
-в сельском хозяйстве - интенсивная ферментация, хранение и использование навоза, производство риса, управляемый пал, сжигание сельскохозяйственных отходов;
-отходы - хранение и сжигание отходов, обработка сточных вод.
Основным загрязнителем атмосферы является С02, образующийся при выработке электроэнергии в основном огневым способом, то есть путем сжигания добываемого органического топлива. Практически весь используемый Европой газ применяется в огневых технологиях. Евросоюз с населением 16 % от общего населения в мире является в настоящее время одним из загрязнителей мировой атмосферы (26 %). На США приходится 20 % мировой эмиссии парниковых газов. Выброс парниковых газов при огневом энергопроизводстве составляет около 1,4 кг на 1 кВт∙ч. Производство же электроэнергии на основе безэмиссионных технологий связано с их высокой стоимостью.
Большинство энерготехнологий, основанных на возобновляемых источниках, требуют, как видно из приведенного рисунка, больших затрат, в том числе и материальных. А они, в свою очередь, обуславливают повышенные энергозатраты, а значит, сопряжены с дополнительной эмиссией тех же парниковых газов.
Прекращение ввода в эксплуатацию АЭС в большинстве стран мира в связи с аварией на Чернобыльской АЭС резко увеличило нарастание эмиссии парниковых газов. А между тем, страны, производящие 19 % электроэнергии на АЭС, предотвращают эмиссию 540 млн. т С02 в год. Поэтому на конференции в Киото подчеркивалось, что только страны, имеющие ядерно-энергетические программы и поддерживающие их, располагают большими возможностями сокращения выброса парниковых газов. И в некоторых странах Европы пересматривают свое отношение к ядерной энергетике.
В Англии обсуждается план удвоения мощностей АЭС, а Франция продолжает лидировать в наращивании АЭС.
Считается возможным увеличение производства электроэнергии с нынешних 2 300 млрд.кВт • ч в год (18 % мирового энергопроизводства 444 атомными энергоблоками) до 12 ООО млрд кВт • ч в первой половине XXI века и до 50 ООО млрд кВт • ч - во второй половине.
Среди стран мира самым крупным загрязнителем окружающей среды являются США, эмиссия диоксида серы у которых составляет около 7,7 млн. т, т. е. более 20 % от суммарной общемировой эмиссии С02. В Китае выбросы в атмосферу этого вредного соединения составляют 7,6 млн. т, а в России -6,2 млн. т.
По относительным показателям эмиссии С02 (выбросы в тоннах на 1 МВт установленной электрической мощности ТЭС) крупнейшим загрязнителем воздуха можно считать Россию (87 т/МВт), затем следует Индия и Великобритания (по 65 т/МВт), Китай (61 т/МВт). В Германии и Японии этот показатель составляет всего 7 т/МВт2.
Одним из самых загрязненных городов-столиц государств является Пекин с его 12-милионным населением. Основной причиной его загрязнения являются промышленные предприятия, густо разбросанные по городу. Во многом способствует загрязнению Пекина и отопление домов углем.
За последние 5 лет по «экологическим» причинам в Китае было закрыто 73 тыс. предприятий. К 2001 году более 90 % из 238 тыс. производств, которым были предъявлены претензии со стороны государства, выполнили необходимые мероприятия и теперь соответствуют государственным экологическим стандартам. В результате, за годы бурного экономического роста загрязнение окружающей среды удалось сократить на 10 % по сравнению с1995 годом. В течение ближайших 5 лет, Китай намерен снижать количество вредных выбросов на 10 % ежегодно. Достигаться это будет путем внедрения новых технологий и экологически чистых процессов производства. Наиболее высокие уровни выброса С02 имеют электростанции, работающие на угле. Выбросы С02 зависят от уровня содержания углерода в топливе (наивысшего - для угля, низшего - для природного газа).
Киотским протоколом (1997 г.) закреплены количественные обязательства как развитых стран, так и стран с переходной экономикой по ограничению и снижению поступления парниковых газов (прежде всего С02) в атмосферу. Но этот протокол начнет действовать только после его ратификации в тех странах, которые дают 55 % всех выбросов С02. Отсюда следует, что если Россия и США этого не сделают, то протокол так и не станет действенным документом, хотя он подписан 84 государствами, а по состоянию на середину 2001 г. его ратифицировали 29 развивающихся стран и Франция -единственная из стран «восьмерки».
Подтверждением несостоятельности Протокола Киото стала 6-я конференция стран, подписавших Рамочную конвенцию ООН по проблеме изменения климата (13-24 ноября 2000 года). Семь тысяч участников представляли 182 правительства, 323 межправительственные и неправительственные организации и 443 органа средств массовой информации[5].
Предполагается, что к 2020 г. мировое потребление электроэнергии вырастет на 60 % по сравнению с 1967 г. При этом в развивающихся странах прирост потребления энергии составит 121 %. Вероятно, более быстрым, чем ожидалось ранее, окажется рост эмиссии С02: на 40 % - с 1990 по 2010 гг. и на 72 % - с 1990 до 2020 гг.
Основным источником загрязнения окружающей среды является автотранспорт. Он использует 96 % всех производимых нефтепродуктов и выбрасывает затем в атмосферу тысячи тонн оксида углеводорода, оксида азота и других вредных веществ. Всего в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания содержится около 100 вредных для здоровья человека соединений. В среднем каждый автомобиль в год выбрасывает около 1т вредных веществ. Кроме того, эти вещества вместе с выбрасываемыми в атмосферу вредными веществами промышленных предприятий и при горении древесины содержат частицы размером менее 25,5 микрон, которые проникают в легкие и другие ткани, вызывая воспаление и формирование тромбов, которые оказывают крайне неблагоприятное воздействие на работу сердца, провоцируя развитие сердечных приступов: инфаркта и повышения давления. Наряду с этим, автомобиль – один из самых крупных источников шума и вибрации.
Автомобиль, являющийся символом современной цивилизации, принес не только благо для людей, но и неблагоприятное воздействие на окружающую среду Ныне в мире эксплуатируется около 600 млн автомобилей, которые ежегодно потребляют свыше 1 млрд. т моторных топлив, в том числе более 600 млн. т автомобильных бензинов. К концу 2010 года прогнозируется увеличение числа автомобилей до 1 млрд. Экологическая нагрузка на окружающую среду и человека от такого количества автомобилей окажется очень ощутимой. И поэтому во многих странах ведется большая работа не только над снижением расхода топлива на 100 км пробега, но и по использованию для автомобилей вместо бензина в качестве топлива альтернативных источников энергии, в том числе газа, водорода, электроэнергии и энергии солнца.
Вместе с разрабатываемыми в мире мерами по замене жидкого топлива из нефтепродуктов, используемого ныне в автомобилях, на альтернативные виды топлива из растительного сырья, снижению удельных норм расхода топлива на 100 км пробега, во многих странах проводится большая работа по переводу автомобилей на газ в качестве моторного топлива. И если вдаваться в историю вопроса, то первый в мире двигатель внутреннего сгорания работал на газе. С изобретением бензина он вытеснил газ на полторы сотни лет. Но человечество за это время пришло к мысли о пагубности для себя технологии сжигания моторного топлива из нефтепродуктов и превращения его в газ, в результате чего происходит колоссальное загрязнение окружающей среды, и начало возвращаться к использованию газа в качестве моторного топлива. В настоящее время в мире на метане работает порядка 1 млн. автомобилей, число которых стремительно растет и в скором времени обещает достигнуть 6,5 млн. В городах США, Канады и Западной Европы планируют в самые сжатые сроки полностью перевести муниципальный транспорт на газ. В США к 2040г поставлена задача перевода автотранспорта на альтернативные виды топлива. 36 регионов России заключили договоры с «Газпромом», в которых предусмотрен специальный пункт о переводе автотранспорта на газомоторное топливо. Активно работают в этом направлении и страны Азии: Южная Корея, Китай, Пакистан, Индия.
В Беларуси в настоящее время насчитывается не более 20 тыс. газоболонных автомобилей, что составляет немногим более 0,05 % от их общего количества (3800 тыс.), хотя поставки газа стабильны и цены более постоянны. При этом следует заметить, что 1 л бензина по своей теплотворной способности практически равен 1 м3 газа.
Вместе с тем загрузка 24 автозаправочных компрессорных станций, расположенных в 17 городах на основных транспортных направлениях республики, не превышает 25 %. Причин этому несколько: отсутствие у предприятий денег на переоборудование транспорта, непонимание отдельными руководителями преимуществ газомоторного топлива и др. А ведь материальные затраты на топливо при эксплуатации автомобиля на бензине составляют 25-30 % от себестоимости перевозок, а с использованием сжиженного природного газа - не более 10-15 %.
Кроме экономической выгоды, работа автомобилей на природном газе сокращает выброс наиболее вредных компонентов в 1,5-5 раз по сравнению с бензином и в 10 раз по сравнению с дизельным топливом. Но транспортные организации не заинтересованы в использовании более дешевого топлива, поскольку затраты на него входят в себестоимость транспортных услуг, которые затем в виде тарифа ложатся в себестоимость продукции заказчика транспорта, и в конечном итоге, в розничную цену, по которой отпускается продукция потребителям.
Переоборудование легкового транспорта типа ГАЗ-3110 окупается через 30 тыс. км пробега, грузового, как ГАЗ-3307 и ГАЗ-3302 - через 21,6 тыс. км, а для ЗИЛ-138А еще меньше. При условии, что в среднем за рабочий день автомобиль преодолевает расстояние в 100 км, установка на него, казалось бы, дорогостоящей аппаратуры полностью окупается через год для легковых автомобилей и через 6-6,5 месяцев - для грузовых.
Ссылка отдельных руководителей на утяжеление автомобиля после переоборудования его на газомоторное топливо является несостоятельной, поскольку коэффициент использования грузоподъемности автотранспорта составляет 0,5-0,6.
Мировой опыт показывает, что наиболее приемлемым и реально ощутимым шагом к уменьшению вредных выбросов в атмосферу от автомобилей может стать глобальный переход автомобильной техники на природный газ. Он экологичен, дешев, безопасен в эксплуатации.
К настоящему времени во многих странах производителями автомобилей проводятся испытания различных типов электромобилей с запасом кода 60-300 км и максимальной скоростью до 80 км/ч. Ведущие в мире автомобилестроительные компании США, Японии и других стран проводят испытания или работают над созданием электромобилей со скоростью до 120-140 км/ч и пробегом не менее 225 км. Тяговым электродвигателем такого солнцемобиля является батарея аккумуляторов, заряжаемых на гелиостанциях (гелиозаправочных станциях).
В последние годы все большее распространение в мире получают электровелосипеды и электромопеды под общим названием «легкие транспортные средства», использующие также солнечную энергию в виде аккумуляторных батарей или солнечных панелей1.
Из всех загрязняющих веществ в Республике Беларусь 70 % приходится на так называемые трансграничные переносы и 30 % - на собственные, из которых львиную долю составляют передвижные источники загрязнения, в основном автомобили, число которых в настоящее время составляет около 4 млн. единиц. Особенно большое количество выбросов в атмосферу от автомобилей происходит в момент неустойчивой работы двигателей (во время торможения и начала движения).
Основным нейтрализатором этих вредных выбросов в атмосферу являются леса, занимающие 37 % территории Республики Беларусь, и болота, которые в 7 раз эффективнее, чем лес, поглощают углекислый газ. В городах основным очистителем воздуха являются тополиные насаждения: один тополь очищает воздух так, как делают это 4 сосны или 7 елей, или 3 липы. Для поддержания нормальной экологической обстановки в городах необходимо иметь на каждого жителя 16 м2 зеленых насаждений общего пользования - парков, скверов, бульваров, лесопарков. В некоторых городах, например в Витебске, этот показатель составляет 12 м2.
6.3. Экологические проблемы ядерной энергетики
Компактность ядерного топлива в сравнении с обычным и простота физических и технических принципов действия реакторов деления позволяли рассчитывать на экономическую выгоду АЭС, а опыт реактора военного назначения и первых АЭС указал на их безопасность, достигаемую достаточно простыми инженерными мерами и высокой квалификацией персонала.
Однако эта уверенность была поколеблена большими авариями на АЭС в 70-е и 80-е годы и особенно Чернобыльской АЭС, что подчеркнуло вероятную природу проблемы безопасности. Поэтому некоторые страны или отказались от атомной энергии, или объявили мораторий на строительство новых АЭС (Австрия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Швеция). Перестали строить АЭС США, Канада, Англия, Германия.
После Чернобыля Россия тоже заморозила реализацию практически всех своих «атомных» проектов. В 2000 г. действующие АЭС Российской Федерации выработали 130,7 млрд кВт • ч электроэнергии - значительно больше, чем в 1990 г. Темп роста выработки электроэнергии на АЭС в 3 раза выше, чем на тепловых станциях.
Выдержав «атомную паузу», в России решено достроить последний энергоблок на Калининской АЭС, расконсервировать незаконченное строительство всех 10 АЭС, начатое в годы советской власти. В ближайшие 20 лет эти объекты должны быть введены в эксплуатацию. И роль атомной энергетики в этой стране будет возрастать, в ближайшие 5 лет Россия поставит в Индию 2 атомных реактора мощностью по 1 тыс. МВт каждый.
Принятые меры по совершенствованию конструкции и эксплуатации АЭС позволили снизить вероятность тяжелых аварий и продолжать эксплуатацию и строительство АЭС традиционных типов. Реально общая мощность всех АЭС в мире поставляет 352 ГВт.
В настоящее время строительство АЭС продолжают топливодефицитные Япония и Южная Корея, а также многие развивающиеся страны. К концу 2010 г. в Японии планируется построить от 16 до 25 АЭС. В настоящее время суммарная электрическая мощность всех энергоблоков АЭС Японии составляет около 45 ООО МВт[6]. Продолжают ранее начатое строительство и установку новых реакторов в Аргентине, Бразилии, Чехии, Украине, Иране, Словакии.
Во Франции первый ядерный реактор был сооружен в 1958 году, а в настоящее время эксплуатируется 58 ядерных энергоблоков, суммарная мощность которых достигла 63 ГВт. На них производится 76 % всей вырабатываемой во Франции электроэнергии. Все ядерные реакторы имеют запланированный срок службы на менее 40 лет. Атомная энергетика Франции обеспечила стране около 100 000 рабочих мест, а при проведении планово-предупредительных работ на АЭС привлекаются еще примерно 100 ООО специалистов из других отраслей.
Всего в мире по состоянию на 1 января 2001 года эксплуатировалось 436 ядерных энергоблоков на 247 АЭС, которые вырабатывали 17 % электроэнергии в мире. В некоторых странах АЭС составляют основу национальной энергетики. Это обусловливает тот факт, что ядерная энергетика обладает техническим и топливно-ресурсным потенциалом для внесения значительного вклада в ограничение выбросов, загрязняющих атмосферу, при выработке электроэнергии и энергообеспечении производства и быта людей. К примеру, выброс ССЬ в атмосферу колеблется для европейских стран - от 78 т/Гвт • ч во Франции, где 78 %электроэнергии производится на АЭС, и до 868 т/Гвт • ч в Дании, где нет АЭС. В Бельгии АЭС вырабатывают 58 % электроэнергии, в Швеции - 46, в Швейцарии, Германии, Японии -- около 34 %. В настоящее время АЭС предотвращают выброс 2,3 млрд. т углекислого газа ежегодно, то есть 150 ядерных энергоблоков, которые сейчас работают в Западной Европе, позволяют предотвратить выброс углекислого газа в атмосферу от 200 млн. автомобилей, которыми пользуются в Европе. Это обусловливает необходимость преодоления предубежденности общества против строительства АЭС, которые дают значительно меньше загрязнения окружающей среды, чем сжигание нефти и газа.
Прогнозируемое Министерством экономики РБ потребление электро- и теплоэнергии в Беларуси к 2015 г. составит 55 млрд кВт • ч и 99 млн Гкал с учетом снижения энергоемкости ВВП на 27 % за счет энергосбережения. Исходя из экономической целесообразности, в настоящее время потребность республики в электроэнергии удовлетворяется на 95 % за счет выработки на собственных электростанциях (в основном на импортном газе). Если учесть, что импорт электроэнергии, по оценкам специалистов из России, к 2015 г. будет снижен до 5 млрд.кВт • ч в год, то 50 млрд. кВт - ч должны покрываться за счет собственного производства. Изношенность энергетического оборудования такова, что из 8 млн. кВт - ч имеющихся в настоящее время мощностей к 2015 г. в работоспособном состоянии может оказаться 3 млн. кВт • ч, а для удовлетворения потребности в электроэнергии в этот период потребуется дополнительно около 6 млн. кВт • ч.
В перспективе за счет всех местных видов топлива и возобновляемых источников энергии с учетом выбывающих запасов нефти, попутного газа и торфа и увеличением использования возобновляемых источников их объем в топливном балансе может составить 5-6 млн т у. т. в год.
-Кроме проблемы ограниченности природных ресурсов имеется и ряд других негативных последствий использования органического топлива на окружающую среду. Так, извлечение нефти и природного газа ведет к оседанию почвы. Нефть и газ, скопившиеся в пористых породах под поверхностью Земли, служат своеобразной "подушкой", поддерживающей лежащую сверху породу. Когда эта подушка извлекается, земная поверхность в районе залегания нефти и газа опускается на глубину до 10 метров. Кроме того, извлечение из земных недр полезных ископаемых ведет к перераспределениям гравитационного напряжения в земной коре, которые иногда заканчиваются землетрясениями.
Сжигание топлива;— не только основной источник энергии, но и важнейший поставщиков в окружающую среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции вместе с транспортом поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО), около 50 % диоксида серы, 35 %.оксидов, азота и около 35 % пыли.
Экологические проблемы тепловой энергетики. В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа - 400 млн. доз, магния - 1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в живые организмы в незначительных количествах, что, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почву и другие звенья экологических систем.
Тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, в том числе на человека, другие живые организмы и их сообщества.
Влияние энергетики на окружающую среду сильно зависит от вида используемого топлива. Наиболее «чистым» топливом является природный газ, дающий, при его сжигании наименьшее количество загрязняющих атмосферу веществ, Далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.
При сжигании топлива образуется много побочных веществ. При сжигании угля образуется значительное количество золы и шлака. Большую часть золы можно уловить, но не всю. Все отходящие газы, потенциально вредны, даже пары воды и диоксид углерода СО2. Эти газы поглощают инфракрасное излучение земной поверхности и часть его вновь отражают на Земли, создавая так называемый "парниковый эффект", Если уровень концентрации CО2 в атмосфере Земли будет увеличиваться, могут произойти глобальные климатические изменения.
При сжигании топлива образуется теплота, часть которой выбрасывается в атмосферу, приводя к тепловому загрязнению атмосферы, что в конечном итоге, влечет повышение температуры водного и воздушного бассейнов, таянию ледников. Весь этот процесс накопления теплоты может привести к ощутимому повышению температуры на Земле, если использование энергии будет расти такими же темпами, как сейчас. Повышение температуры может вызвать глубокие изменения климата на всей Земле.
Таким же катастрофическим может быть эффект от поступления в атмосферу большого количества твердых частиц. В табл. 6.1 приводятся количественные данные о различных веществах, образующихся при работе типовой ТЭС мощностью 1000 МВт на органическом топливе.
Таблица 6.1. Данные о выбросе различных веществ при работе ТЭС, работающей на органическом топливе
Загрязняющее веществ/) .' | Количество за гад |
SOx, т NxОх, т СО2 т СО, т Твердые частицы,т Радиоактивность*, Бк Дымовые газы, ГДж Теплота от конденсата, ГДж | 1 100 1 350 4 050 |
Радиоактивность дают, главным образом, изотопы радия 235Ra и 238Ra. Приводятся данные для угля. Для нефти этот показатель в 50 раз меньше.
Экологические проблемы гидроэнергетики. Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища, на месте которых уничтожаются естественные экологические системы. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли; как правило, переходят в категорию заболоченных.
Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава населяющих их живых организмов.
Кроме того, в водохранилищах по разным причинам происходит ухудшение качества воды. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные осадки, гумус почв и т.п.), так и в следствие их накопления в результате замедленного водообмена Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосбросов.
В водохранилищах резко усиливается прогревание воды, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых. По этим причинам, а также вследствие медленной восстанавливаемости вод резко снижается их способность к самоочищению. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды.
Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т.п.
В конечном счете перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь, аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации. Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых районах испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды.
Экологические проблемы ядерной энергетики. До недавнего времени ядерная энергетика рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадащим их воздействием на окружающую среду, К преимуществам АЭС относится также возможность их строительства, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами (0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько дает сжигание 1000 тонн каменного угля).
До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков их эксплуатации.
При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в окружающую среду незначительны. В среднем они в 2—4 раза меньше, чем от ТЭС такой же мощности, работающей на угле.
После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий на них. К наиболее крупным авариям такого плана относится авария, случившаяся на Чернобыльской АЭС. По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе ЧАЭС составил от 3,5 % (63 кг) до 28 % (50 т) (для сравнения: бомба, сброшенная на Хиросиму, дала 740 г радиоактивного вещества).
В результате аварии на ЧАЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га.
Кроме страшных последствий аварийных ситуаций на
АЭС можно назвать следующие их воздействия на окружающую среду: ,
-разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов водоносных структур и т.п.) в местах добычи руд, особенно при открытом способе добычи; -изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для АЭС мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800~900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 и высотой, равной 40-этажному зданию;
- изъятие значительных объемов воды из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие естественные источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у водных обитателей
- не исключено попадание радиоактивного загрязнения в атмосферный воздух, воду, почву в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.
Таким образом, традиционные способы выработки тепла и электроэнергии в котельных и на ТЭС из этих первичных источников энергии, использование топлива в топливопотребляющих технологических установках сопряжены с:
-разносторонним локальным и глобальным воздействием на
окружающую среду;
- выбросом в атмосферу вредных веществ;
- сбросом минерализованных и нагретых вод;
-потреблением в значительных количествах кислорода
и нагретых вод;
- изъятием больших площадей земли для- захоронения
отходов (шлака, золы) и др;
Это воздействие является причиной закисления почвы и воды, способствует возникновению парникового эффекта, обусловливающего повышение планетарной температуры, провоцирует другие необратимые процессы, кроме того, органическое топливо - это невосполнимые источники энергии, а это значит, что темпы их возобновления во много раз ниже темпов их потребления.
В результате антропогенной деятельности человечества за последние 30—40 лет планетарная температура поднялась на 0,6-0,7°С и является наиболее высокой за последние 600 лет. Поднялся средний уровень моря по сравнению с прошлым столетием на 10—15 см. За это же время отступили все зарегистрированные горные ледники.
Современные технологии способны оказывать негативное воздействие не только на климат, но и на здоровье людей. Согласно докладу группы экспертов, опубликованных в 1997 г., воздействие продуктов сжигания только твердого топлива в период до 2020 г. может обернуться ежегодной смертью 700 тыс. человек. Сокращение же выброс
Дата добавления: 2016-07-27; просмотров: 6144;