Экологические аспекты энергетики

Оглавление Вве дение ……………………… …………………………………………………… . .3 1. Экологические п роблем ы теплоэнергетики ………………………… ………… 5 2. Экологич еские проб лемы гидроэнергетики ………………………………….. 11 3. Экологич еские пробл емы ядерной энергети ки ………………………………. 16 4. Краткая эко логическая характеристика нетрадиционны х м етодов получе ния эне ргии……………………………………………………… 21 Закл ючение …………………………………………………… ………………….. 29 Литера т ура ……………………………………………………………………… ...31 Приложение……………………………………………………………………… ..32 Вве дение Одним из положений экологического аспекта стра тегии устойчивого развития , принятой в Рио-де-Жа нейро в 1992 г ., является «...постепенный переход о т энергетики , основанной на сжигании органического топлива , к альтернативной энергетике , испол ьзующей возобновляемые исто чники эне р гии (солнце , воду , ве тер , энергию биомассы , подземное тепло и т . д .)». Анализ перспектив развити я мировой энергетики сви детельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возм ожных последствий влияния основных отрасле й энергетики на окр у ж а ющую среду , жизнь и здоровье населения. Объекты энергетики , как и многие предприятия других отраслей промышленности , представляют собой источники неизбежного , п о тенциального , до наст оящего времени практически количественно не учит ы ва ем о го риска для населения и окружающей среды. Энергетические объекты (то пливно-энергетический комплекс в ообще и объекты энергетики в частности ) по степени влияния на окружающую среду принадле жат к числу наиболее интенсивно воздей ствующих на биосферу. Отри цательные последст вия воздействия энергети к и на окружающую среду следует ограничивать не которым минимальным уров нем , например с о циаль но при емлемым допустимым уровнем . Должны рабо тать экономические механизмы , реали зующие комп ромисс между качеством среды обитания и с о циаль но-экономи ческими условиями жизни населения. Аналогичный круг вопросов следует рассматривать при формулировании кон цепции экологической безо пасности объектов тепло энергетики : учет тепл о вого и химического воздействия на окр ужающую среду , вли ян ие водоемов-охладителей и т . п . Кроме того , для крупных ТЭС на твердом топливе (уголь , сланцы ) воз никают проблемы надежной и безо пасной эксплуата ции золоотв а лов - сложных и отв етственных грун товых гидр осооружений. Энергетика - основной движу щий фактор разви тия всех отраслей пр о мышленности , транспорта , к ом мунального и сельского хозяйства , база пов ы шения производительности труда и благосос тояния населе ния . У н ее наиболее высокие темпы развития и масш табы производства . Доля участия энергетич е ски х пред приятий в загрязнении окружающе й среды продук тами сг орания орган и ческих видов топлива , содержа щих вредные примеси , а также тепловыми о т ходами весьма значительн а. В настоящей работе рассмотрено влияние на окружающую среду ра з ных видов энергет ики (т еплоэнергетика , гидроэнергетика , ядерная энергетика ), способы снижения выбросов и загрязнений от энергетических объектов , а так же приведена характеристика нетрадиционных метод ов получения эне р гии (ветроэнергетика , солнечна я энергия , энергия термальных вод ). 1. Экологиче ские проблемы теплоэнергетики Воздействие тепловых электрост анций на окружающую среду во многом завис ит от вида сжигаемого топлива. Твердое топливо . При сж игании твердого топлива в атмосферу п о ступают летучая зола с ч астица ми не догоревшег о топлива , сернистый и се р ный ангидри ды , оксиды азота , некоторое количество фтористых соед и нений , а также газообра зные продукты непол ного сгорания топлива . Летучая зола в некоторы х слу чаях содержит по мимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси . Так , в золе донецких антра цитов в незначительных кол и чествах содержится мы шьяк , а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений — свободный диоксид кремния , в золе сланцев и углей Ка н ско-Ачи нского бассейна — сво бодный оксид ка льция. Уголь - самое распространенное ископаемое топ ливо на нашей план е те . Специалисты считают , что его запасов хватит на 500 лет . Кроме т ого , уголь рас пространен по всему миру более равномерно и он бо лее эконом и чен , чем нефть. Из угля можно получить си нтетическое жидкое т опливо . Метод п о лучения горючего путем перер абот ки угля известен давно . Однако слишком высокой была себестоимость такой продук ции . Процесс про исходит при высоком давлении . У этого топлива е сть одно неоспоримое пре имущество — у него вы ше ок тановое число . Это означает , что экологически оно бу дет б о лее чистым. Торф . При энергетическом использовании торфа имеет место ряд о т рица тельных последствий для ок ружающей среды , возникающих в результ а т е добычи торфа в шир оких масштабах . К ним , в ча стности , от носятся нар у шение режима водных систем , изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобы чи , ухудшение качества местных источников пресной в о ды и загрязнение воздушного бассейна , резкое ухуд ше ние условий существ о вания животных . Знач итель ные экологически е трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа. Жидкое топливо . При сж игании жидкого топлива (мазутов ) с дым о выми газами в атмосферный воздух по ступают : сер нистый и серный ангидр и ды , оксиды азо та , соедин ения ванадия , солей натрия , а также веще ства , уд а ляемые с поверхно сти котлов при чистке . С экологических позиций жидкое то пливо более «гигие ничное» . При этом полностью отпадает проблема золо о т валов , которые зан имают значительные территории , исключают их полезное использование и являются ис точником постоянных загрязнен ий атмосферы в райо не станции из-за уноса части золы с ветр ами . В продук тах сгора ния жи д ких видов топлива отсутствует лету чая зола. Природный газ . При сжигании природного газа су щественн ым загря з нителем атмосферы являются ок сиды азота . Однако выброс ок сидов азота при сжига нии на ТЭС природно го газа в среднем на 20% ниже , чем при сж и гании угля . Это объясняется не свойства ми самого топлива , а особенн остями процессов сжи гания . Коэффициен т избытка воздуха при сжиг ании угля н и же , чем при сжигании природного газа . Та ким образом , природный газ я в ляется наиболее эко логически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения. Комплексное влияние предприятий теплоэне ргетики на биосферу в целом прои л люстрировано в табл . 1 (приложение ) . Таким образом, в качестве топлива на тепловых электростанциях и с пользую т уголь , нефть и нефтепро дукты , природный газ и , реже , древесину и торф . Ос новными компонентами горючих м атериалов являют ся углерод , в о дород и кислород , в меньших количе ствах содержится сера и азот , прису т с т вуют также сле ды м е таллов и их соединений (чаще всего оксиды и суль фиды ). В теплоэнергетике источником массированных атмос ферных выбросов и крупнотон нажных твердых отходов являются теплоэлектростанции , предпр и я тия и установ ки паросилово го хозяйства , т . е . любые предприятия , работа кот о рых связана со сжиганием топлива. Наряду с газообразными выбросами теплоэне ргети ка производит огро м ные массы твердых о тходов ; к ним относятся зола и шлаки. Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55- 60% SiO 2 , 22-26% А l 2 О 3 , 5-12% Fe 2 O 3 , 0,5-1% CaO , 4- 4,5% К 2 О и N а 2 О и до 5% С . Они поступают в отвалы , которые пылят , дымят и резко ухудшают состояние атмосф еры и прилегающи х территорий . Жизнь на Земле возник ла в условиях восстанови тельной атмосферы и только значительно позже , спус тя примерно 2 млрд лет , биосфера постепенно преобра зовала восстановительную атмосф еру в окислительную . При этом живое вещество предварительно выв ело из атмосферы различные вещества , в частн о сти , углекис лый газ , образовав огромные залежи известняков и дру гих углерод о содержащих соединений. Сейчас наша техногенная цивилизация сформирова ла мощный поток во с становительных газов , в первую очередь вслед ствие сжигания ископаемого то п лива в целях получения эне ргии . За 20 лет , с 1970 по 1990 год , в мире было с о жжено 450 млрд баррелей нефти , 90 млрд т угля , 11 трлн м 3 газа (табл . 2). Таблица 2 Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000 МВт в год (в т оннах ) То п ливо Выбросы углеводор о ды СО NO x SO 2 ча с тицы Уголь 400 2000 27 000 110 000 3 000 Нефть 470 700 25 000 37 000 1 200 Пр и род ный газ 34 — 20 000 20,4 500 Основную часть выброса занимает у г лекислый газ - порядка 1 млн т в пер е сче те на углерод 1 Мт . Со сточ ными водами тепловой электростанции ежегодно уда ляется 66 т органики , 82 т серно й кислоты , 26 т хло ридов , 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных ча с тиц . Зола электростанций часто содерж ит пов ы шен ные концентрации тяжелых , редко земельных и р а диоактивных веществ. Для электростанции , работающей на угле , требует ся 3,6 млн т угля , 150 м 3 воды и около 30 млрд м 3 воздуха е жегодно . В приведенных цифрах не учт е ны нар ушения окружающей среды , связанные с добычей и транспортировкой угля . Если учесть , что подоб ная электростанция активно работает несколько десятилетий , то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана . Но если п оследний обычно выбрасывает прод укты вулк анизма в больших колич е с т ва разово , то электростанция дела ет это постоянно . За десятки тысячелетий ву л каничес кая деятельность не см огла сколько-нибудь заметно по влиять на с о став атмосферы , а хозяйственная деятель ность челове ка за какие-то 100-200 лет об у словил а та кие изменения , пр ичем в основном за счет сжигания ис копаемого то п лива и выбросов парниковых газов раз рушенными и деформированными э кос и стемами. Коэффициент полезного дей ствия энергетических ус таново к пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигаетс я впустую . Полученная эне р гия тем или иным способом испол ьзуется и превращается , в конечном счете , в тепловую , т . е . поми мо химическо го в биос феру по ступает тепловое з агрязнение . Загрязнение и отходы энергетических об ъектов в виде газовой , жидкой и твер дой фазы распределяются на два потока : один вызывает глобальны е измен е ния , а другой — региональные и локальные . Та к же обстоит дело и в других о т раслях хозяйства , но все же энерге тика и сжигание ископаемого топлива оста ю т ся источ ником основных глоб альных загрязнителей . Они посту пают в атмосферу , и за с чет их накопления изменяется концентрация малых газовых сос тавляющих атмосфе ры , в том числе парниковых газов . В атмосфере появи лись газы , кот о рые ране е в ней практически отсут ствовали - хлорфторуглероды . Это глобальные з а г рязнители , имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участву ю щие в разрушении озонового экрана стратосферы. Таким образом , следует отметить , что на современ ном этапе тепловые эле к троста нции вы брасывают в ат мосферу около 20% от общего к оличества всех вре д ных отходов промышленност и . Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения и на со стояние биосферы в целом . Наиболее вредны конденса ционные электрически е станции , работающи е на низ косортных в и дах топлива . Так , при сжигании на стан ции за 1 час 1060 т донецкого угля из т о пок котлов уда ляется 34,5 т шлака , из бункеро в электрофильтров , очищающих газы на 99% — 193,5 т золы , а через тру бы в атмосферу выбрасы вается 10 млн м 3 д ы мовых га зов . Эти газы , помимо азота и остатков кислорода , со держат 2350 т д и оксида углерода , 251 т паров воды , 34 т диоксида серы , 9,34 т оксидов а зота (в п е ресчете на ди оксид ) и 2 т летучей золы , не «пойманной» электро филь трами. Сточные воды ТЭС и лив невые стоки с их территорий , загрязненные отход а ми технологических циклов энер гоустановок и содержащие ванадий , никель , фтор , фе нолы и нефтепродукты , при сбросе в водоемы могут оказать влияние на кач ество воды , водные организмы . Изменение химического сос та ва тех или иных веществ приводит к нарушению установив шихся в водоеме ус ло вий обитания и сказывается на видовом сос таве и чис ленности во дных организмов и бактерий и в конечном счете может привести к нарушениям процессо в само очищения вод о е мов от загряз нений и к ухудшению их санитарного состояния. Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушения ми их состояния . ТЭС производят энерги ю при п о мо щи ту рбин , приводимых в движение нагретым паром . При работе турби н н е обходимо охлаждать водой от работа нный пар , поэтому от энергетической ста н ции непрерывно отходит поток воды , подогретой обычно на 8-12 °С и сбр а с ы ваемой в водоем . Крупные ТЭС нуждаются в больших объемах воды . Они сбр а сыва ют в подогретом состоя нии 80-90 м 3 /с воды . Это оз начает , что в водоем н е прерывно поступает мощный поток теплой воды прим ерно такого масштаба , как река Москва. Зона подогрева , образующая ся в месте впадения теплой «реки» , пре д ставляет собой своеобразный уча сток водоема , в котором температура макс и мальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее . Зоны п о догрева кру пных ТЭС занимают пло щадь в несколько десятков квадратных километр ов . Зимой в зоне подо грева образуются полыньи (в се верных и сре д них широтах ). В летние м есяцы тем пературы в зонах подогрева зависят от е с тественной температуры забираемой воды . Если в водоеме тем пература воды 20 °С , то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С. В результате повышения те мператур в водоеме и нарушения их ест е с т венного гид ротермического ре жима интенсифицируются процессы «цветения» воды , уменьшае тся способность газов растворяться в воде , меняются физич е ские свойства воды , ускоряют ся все химические и биологические процессы , протекающие в ней , и т . д . В зоне подогрева снижает ся прозрач ность воды , увел ичивается рН , увеличивается скорость разложения легко окисляющихся в еществ . Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается. 2. Экологиче ские проблемы гидроэнергетики Ва жнейшая особенность гидроэнергетич еских ресур сов по сравнению с топливно-энергетическими р есурсами - их непрерывная возобновляемость . О т сутствие потребности в топливе для Г ЭС определяет низкую себестоимость в ы рабаты ваемой на ГЭС электроэнер гии . Поэтому сооруже нию ГЭС , несмотря на значи те льные удельные капиталовл ожения на 1 кВт уста но вленной мощности и продолжительные сроки стро ительства , придавалось и п ридаётся большое зн а че ние , особенно когда это связано с размещением элек троёмких прои з водств . Гидроэлектростанция — это комплекс соору жений и оборудования , п о средст вом которых энергия пото ка воды преобразуется в электрическую эне р гию . ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений , обеспечивающих необх одимую концент рацию пото ка воды и создание напора , и энергетичес ко го оборудования , преобразующего энергию движу щ ейся под н а пором воды в механич ескую энергию вращения , которая , в свою оч ередь , пр е образуется в электрическую энергию. Несмотря на относительную дешевизну энергии , получаем ой за счет гидроресурсов , доля их в э нерге тическом балансе постепенно уменьшается . Это свя зано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов , так и с большой терр и ториальной емкостью равнин ных в одохранилищ . Считается , что в перспект и ве мировое производство энер гии ГЭС не будет превы шать 5% от общей. Одной из важнейших пр ичин уменьшения доли энер гии , получаемой на ГЭС , является мощное воздействие всех этапов строительства и эксплуатации гидросоору жений на окружающую среду (табл . 3). По данным разных иссл едований , одним из важне йших воздейст вий ги д роэнер гетики на окружающую среду является отчуждение значительных пл о щадей плодородных (пойменных ) земель под водохранилища . В России , где за счет ис пользования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии , при стро ительстве ГЭС з атоп лено не менее 6 млн га земель . На их м е сте уничтоже ны естественные экосистемы. Значительные площади земе ль вблизи водохрани лищ испытывают по д топление в результате повыш ения уровня грунтовых во д . Эти земли , как пр а вило , пере ходят в категорию заболоч енных . В равнинных у сло виях подто п ленные земли могут составлять 10% и бо лее от затопленных . Уничтожение з е мель и свойствен ных им экосистем происходит также в результате их разр у шения водой (абразии ) при фо рмировании бере говой лин ии . Абразионные пр о цесс ы обычно продолжа ются десятилетиями , имеют следствием переработку боль ших масс почвогрунтов , загрязнение вод , заилен ие водохранилищ . Таким о бразом , со строительством во дохранилищ связано резкое нарушение гидр о логичес кого режима рек , свойственных им экос истем и вид о вого состава ги д роби онтов. В водохранилищах резко усиливается прогревание в од , что интенсиф и цирует потерю ими кислоро да и дру гие процессы , обусловливаемые тепловым загрязнени ем . Последнее , совместно с н акоплением биогенных ве ще ств , созд а ет условия для зарастания водоемов и ин тенсивн ого развития водорослей , в том числе и ядови тых сине-зеленых . П о этим причинам , а также вслед ствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность к самоочищ е нию. Ухудшение качества воды ведет к гибе ли многих ее обитателей . Возра с тает заболеваемость р ыбного стада , особенно п оражаемость гельминтами . Снижаются вку совые качества обитателей водно й среды. Нарушаются пути миграции рыб , идет разрушение кор мовых угодий , нерестилищ и т . п . Волга во многом пот еряла свое значение как нерестилище для осетровы х Каспия после строитель ства на ней каскада ГЭС. В конечном счете , пере крытые водохранилищами речн ые системы из транзитных превращаются в т ран зитно-аккумулятивные . Кроме биогенных веществ здесь аккумулируются тяжелые металлы , радиоактив ные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни . Продукты аккумул я ции делают про блематичной возможность использования территорий , зан и м а емых водохранилищами , после их ликвидации. Водохранилища оказывают з аметное влияние на ат мосферные проце с сы . Например , в засушли вых (арид ных ) районах испарение с поверхности в о дохранилищ превышает испарение с равновеликой поверх ности суши в д е сятки раз. С повышенным испарением связано понижение тем пературы воздуха , увеличе ние т уманных явлений . Раз личие тепловых балансов водохра нилищ и прилегаю щей с уши обусловливает формирование местных вет ров типа бр и зов . Эти , а также другие явления имеют следствием смену экосистем ( не вс е гда положитель ную ), изменение погоды . В ряде случаев в зоне водохра нил ищ приходится менять направление сельского хо зяйства . Например в юж ных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахч е вые ) не ус певают вызревать , повышается заболеваемос ть расте ний , ухудшается кач е с т во продукции. Издержки г идростроител ьства для среды заметно меньше в горных районах , где водохрани лища обычно невелики по площади . Однако в сейсм о опасны х горных районах водохра нилища могут провоцировать земле трясения . Увеличивается вероятность оползневых яв лений и вероятность к а тастроф в результате возможно го разрушения плотин . Так , в 1960 г . в Индии (штат Гунжарат ) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей. В силу специфики технолог ии использования водной энергии гидр о энергети ческие объекты прео бразуют природные процессы на весьма дл и тельные сроки . На пример водохранилище ГЭС (или система водохрани лищ в случае каскада ГЭС ) может существовать де сят ки и сотни лет , при этом на м е с те естественного вод о тока возникает техноген ный о бъект с искусственным р е г у лированием приро дных процессов - природно- техни ческая система (ПТС ). В данном случае задач а сводится к формирован ию такой ПТС , которая обес печивала бы надежное и экол огически безопасное фор м ирование комплекса . При этом соотношен ие между основными подсистем ами ПТС (техногенным объек том и природной средой ) может быть существ енно различным в зависим ости от выбранных приорите тов - технических , э кологических , социально-эко номических и др ., а принцип экологической безо пасности може т формулир о ваться , например , как под дер жание некоторого устойчивого состояния созда ваем ой ПТС. Эффективным способом умен ьшения затопления тер рит орий является ув е личение количества ГЭС в каска де с уменьшение м на каждой ступени напора и , следо вательно , зеркала водохрани лищ . Несмотря на сниже ние энергетических показателей и уменьшен ие регули рующих возможно стей возрастания стоимости , низко напорные гидроуз лы , обеспечивающие минимальные затопления земель , лежат в основе всех современных разработок. Еще од на экологиче ская проблема гидроэнергетики связана с оценкой кач е ства водной среды . Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологич е скими процессами про изводства электроэнергии на ГЭС (объе мы загрязнений , п о ступающие с о сточными водами ГЭС , составляют ничтожно малую долю в обще й массе загрязнений хоз яйственного комплекса ), а низкое ка чество санитарно-технических работ при создании во дохра нилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты. В водохранилищах задержив ается большая часть пи тательных вещес тв , приносимых реками . В теплую по году водоросли способны массам и размножат ь ся в поверхностных слоях об огащенного питательными веще ствами , или эвтро ф ного , водохранилища . В ходе фото синтеза водоросли потребляют п итательные вещества из водох ранилища и про изводят большое количество кислорода . О т мершие водоросли придают воде непри ятный запах и вкус , покрываю т толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах в одохранилищ . Массовое размно жение , «цветение» водорослей в неглу боких заболоченных водохран ил и щах стран СНГ дела ет их воду непригодной ни для пром ышленного исполь зов а ния , ни для хозяйственных нужд. В первые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много разложившейся растит ельности , а «новый» грун т может резко снизить уровень кисло рода в воде . Гниение органи ческих веществ может при вести к выделению огромного количества парниковых газов — м етана и двуокиси углерода. Водохранилища часто «созр евают» десятилетиями или дольше , а в троп и ках этот процесс дли тся столети ями — пока разложит ся бол ьшая часть всей о р ганики. Рассматривая воздействие ГЭС на окружающую сре ду , следует все же о т метить жизнесберегающ ую фун кцию ГЭС . Так , выработка каждого млрд кВтч элект роэнергии на ГЭС вместо ТЭ С приводит к уменьшению смертности насел е ния на 100-2 26 чел ./го д . 3. Проб лемы ядерной энергетики Ядерная энергетика в настоящее время м ожет рассматриваться как на и более перспективная . Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива , так и со щадящим воздействием на ср еду . К преимущ е с т вам относится такж е возможность строительства АЭС , не привязыва ясь к м е сторождениям ресурсов , поск ольку их транспортировка не требует сущ е с т венных затрат в связи с малыми объемами . До статочно отметить , что 0, 5 кг ядерного топлива по зволяет получать столько же энергии , с колько сжи гание 1000 т ка менного угля. Известно , что процессы , лежащие в основе получе ния энергии на АЭС — реакции деле ния атомных ядер — гораздо более опасны , чем , например , проце с с ы горе ни я . Именно поэтому ядерная энергетика впервые в ис тории развития промышленности при получении энер ги и реализует принцип максимальной бе з опасно сти при наибольшей возмо жной производительности. Многолетний опыт эксплуат ации АЭС во всех стра нах показывает , ч то они не оказ ывают заметного вли яния на окружающую среду . К 1998 г . сре д нее время эксплуатации АЭС составило 20 лет . Надежность , бе зопасность и экономическая эффективность атомных электр останций опирается не только на жестк у ю рег ламентацию процесса функционирования АЭС , но и на свед е ние до абсолютного мин имума влияния АЭС на ок ружающую среду. В табл . 4 представлены с равнительные данные АЭС и ТЭС по расходу топлива и загрязнению о кружающей среды за год при мощности по 1000 М Вт. Таблица 3 Расход топлива и загрязне ние окружающей среды Факторы воздейс т вия на среду ТЭС АЭС Топливо 3,5 млн . т . угля 1,5 т урана или 1000 т. уран овой руды Отходы : Углекислый газ Сернистый ангидрид и др . соед. Зола Радиоактивные 10 млн . т. 400 тыс . т. 100 тыс . т. — — — — 2 т. При нормальной работе АЭС выбросы ради оактивных элементов в окр у жающую среду край не незначительны . В среднем , они в 2-4 раза меньше , чем от ТЭС одинаковой мощности. К маю 1986 г . 400 энергоблоков , работавших в мире и дававших более 17% электроэнерг ии , увеличили при родный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. Д о Чернобыльской катастрофы в нашей стране ника кая отрасль прои з водства не имела меньшего уровня производстве нного травматизма , чем АЭС . За 30 лет до трагедии при авариях , и то не по радиационным при чинам , погибло 17 чело век . После 1986 г . главную эко логическую опасность АЭС стали связывать с возмож ностью аварии . Хотя вероятность их на современны х АЭС и невелика , но она не исключается . К наиболее крупным авариям такого плана относится авария , слу чившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС . По различным данным , с уммарный выброс продук тов деления от соде р жащихся в реакторе состав ил от 3,5% ( 63 кг ) до 28% (50 т ). Для ср авнения н е обходимо отметить , что бомба , сброшенная на Хи росиму , дала только 740 г р а диоактивного вещества. В результате аварии н а Чернобыльской АЭС радио акти вному загрязнению подверглась терр итория в ра диусе боле е 2 тыс . км , охватившая более 20 гос у дарств . В пределах бывшего СССР пострадало 11 обла стей , где проживает 17 млн человек . Общая площадь загрязнен ных территорий превышает 8 млн га , или 80 0000 км 2 . В России наиболее значи тельно пострадали Брянская , Калужская , Тульская и Орловская области . Пятна заг рязнений имею тся в Белгородской , Р я занской , Смолен ской , Ленинградской и других областях . В результате а варии погиб 31 человек и более 200 человек пол учили дозу радиации , приведшую к л у чевой болезни . 115 тыс . человек было эвакуировано и з наиболее опасной (30-километровой ) зоны сразу после аварии . Число жертв и количество эвакуир о ванных жителей увеличивается , расширяется зона загрязнения в результате п е ремеще ния радиоактивных веществ ветром , при пожарах , с транспортом и т . п . Последст вия аварии будут сказы ват ься на жизни нескольких поколений. После Чернобыльской авари и во многих государствах по требованию общ е ственности были в ременно прекра щены или свернуты программы строительства АЭС , одна ко атомная энергетика продолжала развиваться в 32 странах. Сейчас дискуссии по в опросам приемлемости или неп риемлемости яде р ной энергетики пошли на спад , стало понятно , что мир не может вновь погр у зиться во тьму или смирит ься с крайне опасным воздействи ем на атмосферу двуокиси уг лерода и прочих вред ных для человека продуктов горения орган и ческого топлива . Уже в течение 1990 года 10 новых АЭС были подключены к электрическим сетям . Строите льство АЭС не останавлив ается : по состо я нию на конец 1999 г . в мире в эксплуатации находилось 436 энер гоблоков АЭС по сравнению с 434, зарегистрирован ными в 1998 г . Общая электрическая мощность рабо тающих в мире энергоблоков ок оло 335 ГВт (1 ГВт = 1000 МВт = 10 9 Вт ). Действующие атомные электро станции о беспечивают покрытие 7% м и ровых потреб ностей в энергии , а их доля в мировом производстве электрич е ской энергии составляет 17%. Только в За падной Европе а томные электроста н ции вы рабатыва ют в среднем около 50% всей электроэнергии. Если сейчас заменить все действующие в мире атом ные электростанции на тепловые , мировой экономи ке , всей нашей планете и каждому человеку в о т дельности был бы нанесен непоправимый ущерб . Этот вывод осно ван на том факте , что получение энергии на АЭС одновременно предотвраща ет ежего д ный выброс в атмосферу Земли до 2300 млн т двуокиси углерода , 80 млн т д и оксида серы и 35 млн т окси дов азота за счет уменьшени я количества сж и г а емо го органического топлива н а тепловых эле ктростан циях . Кроме того , сг о рая , органическое топливо (уголь , нефть ) выбрасывает в атмосферу огро м ное ко личество радиоактивных веществ , содержащих , в ос новном , изотопы р а дия с периодом полураспада око ло 1600 лет ! Извлечь все эти опасные вещес т ва из атмосферы и обезопасить от их воздейст вия населе ние Земли в этом сл у чае не представлялось бы воз можным . Вот лишь один конкретный приме р . Зак рытие в Швеции атомной станции Барсебек -1 приве ло к тому , что Швеция впервые за последние 30 лет ста ла импортировать эле ктроэнергию из Дании . Эко логические последствия этого таковы : на угольных электростанциях Д а нии было сожжено дополнитель но почти 350 тыс . т угля из России и Польши , что привело к росту выбросов дв уокиси углерода на 4 мл н т (!) в год и знач и тельном у увеличению коли чества выпадающих кислотных дождей во всей юж ной части Швеции. Строительство АЭС осущест вляют на расстоянии 30- 35 км от крупных гор о дов . Участок должен хорошо про ветриваться , во время паводка не з атопляться . Вокруг АЭС п редусматривают место для санитарно-защитной зоны , в которой з а прещае тся проживание населения. В РФ в настоящее время эксплуатируется 29 энергоблоков на девяти АЭС общей установленной электрич еской мощностью 21,24 ГВт . В 1995-1998 г г . на А ЭС в России вырабатывалось более 13% всего п роизводства электроэнергии в стра не , сейчас - 14,4%. По суммарной установленной мощности АЭС Ро ссия з а нимает пятое место после США , Франции , Японии и Герман ии . В настоящее время боле е 100 млрд кВт *ч , вы р абатываемые ядерными энергоблоками страны , вно сят значительный и необходимый вклад в энергообес печение ее евро пейской части — 22% всей произво димой электроэ нергии . Производимая на АЭС элект роэнергия бо лее чем на 30% дешевле , чем на тепло вых электроста нциях , и с пол ьзующих органическое топливо. Безопасность действующих АЭС является одной из главнейших задач ро с сийско й атомной энергетики . Все планы строительства , реконструкции и моде р низации атомных элек тростанций России реализуются только с учетом совр е ме нных требований и нормативов . Иссле дование состояния основного оборудов а ния действую щих российских АЭС показало , что продл ение сроков его службы , п о крайней мере , еще на 5-10 лет вполне возможно . Причем , благодаря провед е нию соответству ющего комплекса р абот п о каждому энергоблоку , с со хранением высокого уровня безо пасности. Для обеспечения дальнейше го развития атомной энер гетики в России в 1998 г . принята «Программа разви тия атомной энергетики Ро ссийской Федерации на 1998 -2000 гг . и на период до 2010 г.» . В ней отмечено , что в 1999 г . АЭС России выработали на 16% больше энергии , чем в 1998 г . Для производства этого кол и чества энергии на ТЭС потре бовалось бы 36 млрд м 3 газа стоимостью 2,5 млрд долл в экспортных ценах . На 90% рост потребления энер гии в стране был обе с печен за счет ее выработки на атомных электростанциях. Оценивая перспективы разв ития мировой атомной эн ергетики , больши н ство авторитетных международ ных организаций , связанных с исследованием глобаль ных топливно-энергетических проблем , предполагает , что после 2010-2020 гг . в мире вновь возрастет потреб ность в широ ком строительстве АЭС . По реалистичес кому варианту , прогно зируетс я , что в середине XXI в . около 50 стран будут располагать атомной энергетикой . Пр и этом общая установленная электрическая мощ ность АЭС в мире к 2020 г . возрастет почти вдвое — до с тигнет 570 ГВт , а к 2050 — 1100 ГВт 4. Кратк ая экологическая характеристика нетрадиционных м етодов получения энергии Как сказано выше , в настоящее время основные энергоресурсы , за счет которых обеспечиваются энер гетические потребности человечества , это : орг а ничес кое топливо , вода , энергия деления атомного ядра. Одновременно с решением задач уменьшения воз де йствия на среду традиционных методов получени я энергии наука и производство изучают во зможности получения энергии за счет альтернативных (нетради ционных ) ресурсов , таких , как эн ергия ветра , солн ца , геотермальная и энергия волн и других источни ков , которые относятся к неисче рпаемым и экологи чески ч и стым. Ниже будут приведены некоторые имеющиеся сведения о влиянии нетрадиционных методов получения энергии на окружающую среду. Ве троэнергетика Является наиболее древним источником энергии . В течение нескольких столетий ветер использовал ся на мельницах , пилора мах , в системах подачи воды к местам потребления и т . п . Они же исполь зовались и для получения электрической энергии , хотя д оля ветра в этом отношении оставалась край не незначительной. Интерес к использованию ветра для получения э лектроэнергии оживи л ся в последние годы . К на стоящему времени и спытаны ветродвигатели различ ной мощности , вплоть до гигантских . Сделаны вы воды , чт о в районах с инте н сивным д вижением воз духа ветроуст ановки вполне могут обеспечивать энер гией местные потребности . Оправ дано использование ветротурб ин для обсл у живания отдельных объектов (жилых домов , неэнергоемких производств и т . п .). Вместе с тем , ст а ло очевидным , что гигантские вет роустанов ки пока не о п равдывают себя всл едствие дороговизны сооруже ний , сильных вибраций , ш у мов , быстрого выхода из строя . Бо лее экономичны комп лексы из небольших ветротурбин , объединяемых в одну систему. Первая в нашей ст ра не ветровая электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг . под Курском по прое кту инженеров А.Г . Уфимцева и В.П . Ветчинкина . Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС мо щ ностью 100 кВт , которая была п о тем временам самой крупной В ЭС в мире . Она ус пешно проработала до 1942 г ., но во время войны была разрушена. Значительные успехи в создании ВЭС были дос тигнуты за рубежом . Во многих странах Запа дной Европы построено до вольно много установок по 100- 200 кВт . Во Франции , Дании и в некоторых других странах были введены в строй ВЭС с номинальным и мощностями свыше 1 МВт. Одна из наиболее известных установок этого клас са «Гровиан» была с о з дана в Ге рмании , ее номи нальная мощ ность — 3 МВт . Но самое широкое раз витие ветроэнергетика получила в США . Еще в 1941 г . там была постр оена первая ВЭС мощностью 1250 кВт , а сейчас общая мощность всех ВЭС в этой стран е достигает 1300 МВт , причем среди них есть гиганты с мощностью до 4 МВт . Сего дня в некото рых промышленно развитых страна х установленная мощность ВЭУ достигает заметн ых значений . Так , в США установлено более 1,5 млн кВт ВЭУ , в Дании ВЭУ производят около 3% потребляе мой страной энергии ; вели ка установленная мощность ВЭУ в Швеции , Ни дерландах , В е ликобритании и Германии . При том нет никаких расходов на утилизацию о т ра бо танного топлива и нет загрязнения окружающей среды. Однако ветровые источники энергии оказывают спе цифическое воздействие на окружающую среду , требу ют огромных площад ей. Известно , что к работа ющему ветряку близко подхо дить нежелательно , и притом с любой стороны , так как при изменениях направления ветра направл е ние оси ротора тоже изменяется. Ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя , так как они могут с о з давать взаимные помехи в рабо те , «отнимая ветер» один у другого . Минимал ь ное рас стояние между ветря ками должно быть не менее их ут роенной высоты. Работающие ветродвигатели создают значительный шум , генерируют неслышимые ухом , но вредно действующие на людей ин фразвуковые кол е бания с частотами ниже 16 Гц. Ветряки распугивают птиц и зверей , нарушая их естественный образ жи з ни , а при боль шом их скопле нии на одной площадке могут существенно иск а зить естественное движение возд ушных потоков с непред сказуемыми после д с т виями . Во многих странах , в том числе в Ирландии , Ан глии и других , жители н е однок ратно выражали протесты пр отив размещения ВЭС вбли зи населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий , а в условиях густо населенной Евро пы это означает везде. Было выдви нуто пре дложение о размещении сис тем ветряков в открытом море . Так , в Шв еции разра ботан проект , согласно которому предполагается в Бал тийском море недалеко от берега установить 300 вет ряко в . На их башнях высотой 90 м будут в ращаться двухлопастные пропеллеры с разм ахом лопастей 80 м . Стоимость строительства только первой сотни таких гигантов потребу ется более 1 млрд долл , а вся систе ма , на строительство которой уйдет минимум 20 лет , обеспечит произ вод ство всего 2% электроэнергии от уровня потребления в Швеции в настоящее время . Это пока проектируется , но в настоящее вре мя в Швеции начато с троительство одной ВЭС мощностью 200 кВт на расстоянии 250 м от берега , которая буд ет переда вать энер гию на землю по подводному к а белю . Ана логичные проекты бы ли и у нас : предлагали устанав ливать ветряки и на акватор ии Финского залива , и на Арабатской стрелке в Крыму . Помимо сложности и дороговизны подобных проектов , их реализация созд ала бы сер ь езные помехи судоходству , рыбол ов ству , а также оказал а бы все те же вредные экологи ческие воздействия , о которых говорилось ранее . По это му и эти планы вызывают движения протеста . Например , шведские рыба ки потребовали пер е смотра проекта строящ ейся в море ВЭС , так как , по их мне нию , подводный к а бель , да и сама станци я будут пло хо влиять на рыб , в частности , на угрей , м и г рирую щих в тех местах вдоль берега. Неприятным побочным эффек том использования ветряков для сторо н ников экологически чистого хо зяйства оказались биологические последствия . Союзы охраны природы отмечают , что многие пе релетные птицы вынуждены менять свои маршруты , избегая ветряных парков — мельницы отпугивают птиц . В ряд е случаев положение сложилось настолько серье з ное , что мест ные экологи вынуждены были поставить вопрос о временном закрытии установок или о пере воде их на более гибкий режим рабо ты с учетом се зонных перемещ е ний птиц. Использование энергии солнца Солнечная энергия обладае т неоспоримыми преиму ществами перед трад и цион ными органическим и ядер ным горючим . Это исключительно чистый вид энер гии , который н е загрязняет окружающую среду , а само ее использование не связано ни с какой биологической опасностью . Использование солнечной эне р гии в боль ших масштабах не наруша ет сложивше гося в эволю ции энергетич е ского баланса нашей планеты. Это практически неисчерпа емый источник энергии . Е е можно использ о вать прямо (посредством ул авлива ния техническими устрой ствами ) или опоср е дованно чер ез продукты фотосинтеза , круговорот вод ы , движе ние воздушных мас с и другие процессы , которые обус ловливаются солнечными явлениями. Использование солнечного тепла - наиболее про стой и дешевый путь р е шения отдельных энергети ческих проблем . Подсчитано , что в США для обогре ва помещений и горяч его водоснабжения расходуется о коло 25% производимой в стране энергии . В сев ер ных странах , в том числе и в России , эта доля замет но выше . Между тем , значи тельная доля тепла , необ хо димого для этих целей , м о жет быть получена по средством улавливания э нерги и солнечных лучей . Эти во з можности тем значительнее , чем больше прямой сол н ечной радиации поступает на поверхность Земли . Отопление и горячее в одоснабжение как низкотем пературные процессы преобразования солнечной эне р гии в теплоту могут быть осуществлен ы сравн и тель но простыми техни ческими средствами . Солнечные водонагреватели нач и нают использоваться для целей тепло - и горячего водоснабжения индивидуал ь ных по требителей в южных климатических зонах. Наиболее распространено улавл ивание солнечной энергии по средством различного вида коллекторов . В простейшем виде это темного цвета поверхн о сти для улавливания тепла и приспособле ния для его накоп ления и удержания . Оба блока могут представлять единое целое . Коллекторы помещаются в пр о зрачную камеру , котор ая дей ствует по принципу парника . Име ются также ус т ройства для уменьшения рассеивания энергии (хорошая изоляция ) и ее о т вед е ния , напри мер , потоками воздуха или во ды. Еще более просты нагр евательные системы пассив ного типа . Циркуляция теплоносителей здесь осущ е ствляется в резул ьтате конвекционных токов : н а гре тый воздух или вода поднимается вверх , а их место занимают более охла ж денные теплоносители . При мером такой системы может служить пом е щение с обширными окнами , обращенными к солнцу , и хо рошими изоляцио н н ыми свойствами материалов , спо собными длительно удерживать тепло . Для умень шения перегрева днем и теплоотдачи ночью исполь зуются шторы , ж а люзи , козырьки и другие защит ные приспособления . В данном случае пр обл е ма наи более рационального использования с о лнечной энер гии решае тся через пр а вильное проектирование зда ний . Некоторое удоро жание строительства п е р е кры вается эффектом использования дешев ой и идеально чистой энергии. Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посре д с т вом использовани я фотоэлементов , в которых солнечная энергия индуцир у ется в элект рический ток без всяких дополнительных устройств . Солнечная энергия - практически неограниченный источник , мощность которого на п о верхно сти Земли оценивается в 20 млрд кВт . Годовой поток со лнечной энергии на Землю эквивален тен 1,2- 10 й т условного топлива . Для сравнения можно ук а з ать , что мировые запасы органического топлива равняются всего 6 • 10 12 т усло в ного топлива. Крупномасштабное производство электроэнергии на солне чных электр о станция х имеет определенные труд ности , поскольку источник солнечной энергии отлича ется низкой плотностью . Поэтому площадь для сбора солнечной энергии и ее концентрации на оптических системах доходит до нескольких десятков квадратных километ ров . Из-за большой ст оимости единицы по верхности мод у лей концентратов создание мощных СЭС требует зна чительных затрат. Энергия воды , океанических и термальных вод Энергия , выделяемая при волновом движении масс воды в океане , действ и тельно огромна . Ср едняя волна высотой 3 м несет пример но 90 кВт энергии на 1 м 2 побережья . Однако практическая р еализация данной энергии выз ывает большие сложности . В настоящее время эта энергия используется в незнач и тельном ко личестве из -за высокой себестоимости ее получения. Недостаточно до настоящег о времени используют ся эн ергетические р е сурсы средних и малых рек (дли на от 10 до 200 км ). Только в России таких рек име ется более 150 тысяч . В прошлом именно малые и сред ние реки являлись важнейшим источником по лучения энергии . Небольшие плотины на реках не столько нарушают , с колько оптимизируют гидроло гический режим рек и пр и лежащих территорий . Их можно рассматривать как пример экологически обус ловленного природопользовани я , мягкого вмешатель ства в природные проце с сы . Водохранилища , созда вавшиеся на малых река х , обычно не выходили за пределы русел . Такие водохранилища гасят колеба ния воды в реках и стаб и лизируют уровни грунто вых вод под прилежащими пойм енными землями . Это благоприятн о сказывается на продуктивности и устойчивости как во д ных , так и пойменных эко си стем. Имеются расчеты , что на мелких и средних реках можно получать не меньше энергии , чем ее получают на совр еменных крупных ГЭС . В настоящее в ремя име ются турбины , позволяю щие получать энергию , ис пользуя естестве н ное тече ние рек без строительства плотин . Такие турбины легко монтируются на реках и при не обходимости перемещаются в другие места . Хотя стоимость получаемой на таких установках энер гии заметно выше , чем на крупных ГЭ С , ТЭС или АЭС , но выс окая экологичность делает целесообразным ее п олучение. Несравнимо более реальны возможности использо вания геотермальных ресурсов . В данном случае ис точником тепла являются разогре тые воды , соде р жа щиеся в недрах земли . В отдельных районах т акие воды изливаются на п о верхность в виде гейзеров (н а пример , на Камчатке )! Геотермальная энергия м о жет использоваться ка к в виде тепловой , так и для полу чения электричества. Ведутся также опыты п о использовани ю тепла , содер жащегося в твердых структурах земной коры . Такое теп ло из недр извлекается посредством закачки воды , которую затем ис пользуют так же , как и другие тер мальные воды. Уже в настоящее время отдельные города или пред приятия обеспечива ются энерг ией геотермальных вод . Это , в частности , относится к столице Исландии — Рей кьявику . В начале 80-х годов в мире производилось на геотерма льных эле к тростанциях около 5000 МВт элек троэнергии (примерно 5 АЭС ). В России знач и тельные ресурсы геотермальных вод и меются на Камчатке , но использу ются они пока в небольшом объеме . В бы вшем СССР за счет эт ого вида ресурсов произв о дилось толь ко около 20 МВт электроэнергии. Достоинства использования глубинного тепла земли очевидны . ГеоТЭС может функционировать дес ятки ле т , используя практически неугасаемые т е пловые котлы . Себестоимость электроэн ергии , получаемой таким образ ом , н е смотря на значительные первон а чальные затраты , вполне сравнима с той , к о т о рую м ы имеем на тепловых и атомных электростанциях . Кро ме того , ГеоТЭ С не на носит урона экологии , не заг рязняет выбросами окружающую ср еду. Использование тепла земны х недр весьма перспек тивно с позиций охраны окружающей среды . В настоя щее время во многих странах мира для выработки электроэ нергии и отопления зданий , подог рева т еп лиц и парников испо льзуе т ся тепло горячих источни ков . Речь идет об огромных резервах экологически чис той тепловой энергии , о возможности с боль шим экономическим эффектом заменить до 1,5 млн т орга нического топлива в важнейших отраслях , включая с ельское и коммунальное хозяйства. Геотермальные электростанции по компоновке , обо руд ованию , эксплуат а ции мало отличаются от трад и ционных ТЭС и практи чески не вызывают экол о гичес ких последствий . Температура ме сторождений геотер мальных вод Камча т ки доход ит до 257°С , гл убина за легания - 1200 м . Выявленные в э том районе те п ловые ресурсы могли бы обеспечить работу геотермаль ных электростанций о б щей мощност ью 350-500 МВт. Сравнительные характеристики экономической эф фективно сти нетрад и ционных энергоисточников при водятся в таблице 5. Таблица 4 Сравнительная характеристика различных способов получения энер гии Тип элек тростанции Удельный съем энергии с единиц ы пл о щади занимаемой земли (Вт /м 2 ) Удельные капиталовложения (отн . ед .) Ветровая 0,4 4,5 Солнечная 30 3 Геотермальная 4 3 Атомная 1300 1 31 Заключение На основании вышеизложенного можно сделат ь следующие в ы воды : 1. На современ ном этапе тепловые электростан ции выбра сывают в ат мосферу около 20% от общего количества вс ех вредных отходов . Они сущ е с т венно влияют на окружающую среду района их расположения и на со стояние биосферы в целом . Наиболее вредны конденса ционные электрически е станции , работающие на низ косортных видах топлива. 2. Одним из важнейших воздействий гидроэнер гетик и на окружающую среду является отчуждение значительных площадей плодородных земель под водохранилища . В России , где за счет ис пользования гидроресурсов пр о изводи тся не более 20% электричес ко й энергии , при строительстве ГЭС з а т о п лено не менее 6 млн га земель . На их месте уничтоже ны естественные эк о системы . Однако ГЭС обладает жизнесберегающей фун кцией - выработка к а ждого млрд кВтч элект роэнергии на ГЭС вместо ТЭ С приводит к уменьш е нию смер тности населения на 100-226 чел ./год. 3. Ядерная энергетика в настоящее время может рассматриваться ка к наиболее перспективная . Надежность , бе зопасность и экономическая э ф фективность атомных электростанций опирается не только на жесткую р е г ламентацию проц есса функци онирования АЭС , но и на сведение до абс о лю т ного минимума влияния АЭС на ок ружающую среду . Оценивая перспе к тивы развития мировой атомной энергетики , большинство авторитетных междун а род ных органи заций , связанных с исследованием глобаль ных т опли в но-энергетических проблем , предполагает , что после 2010-2020 гг . в мире вновь возрастет потр еб ность в широком строительстве АЭС. 4. Р ешая задачу ум еньшения воз действия на окружающую среду тр а диционных методов получения энергии наука и производство изу ча ют возможности пол учения энергии за счет альтернативных (нетрад и ционных ) ресурсов , таких , как энергия ветра , солн ца , геотермальная и энергия волн и других источни ков , которые относятся к неисче рпаемым и экологи чески чистым. Литератур а 1. Барышев В ., Трутаев В . Источник энергии - в ее экономии // Белор . ду мка . 19 99 . 2. Герасимов В.В . Основ ные напра вления развития энергетики // Н е стор-вестник-НВ . 1997. 3. Дьяков А.Ф . Основные направления развития энергетики Росси и . М ., 2005. 4. Самойлов, М.В ., П аневчик В.В ., Ковалев А.Н . Основы энергосбер е жения : Учеб . пособие / 2-е изд ., стере о тип . - Мн .: БГЭУ , 2002. - 198 с. 5. Справочник по наилучшим доступны м техническим методам в те п лоэлектр о энергетике . - М ., 2008 . 6. Хван Т.А . Промышленная экология . М ., Феникс , 2003 . 7. www.atomas.ru