Энергетика и природопользование

Содержание. Введение 1.Энергетика 1.1 Роль энергетики в научно-техническом прогрессе 2. Экологические проблемы энергетики
2.1. Теплоэнергетика 2.2. Гидроэнергетика 2.3. Ядерная энергетика 3. Пути решения проблем энергетики 3.1. Альтернативная энергетика 3.2. Система энергосбережения Заключение Литература Введение В настоящее время проблема охраны природы и рационального использования её ресурсов приобрела огромное мировое значение. Человек осознает, что настало время позаботиться и о природе: она не может всё время отдавать, она не способна вынести нагрузки, которые от неё требует человек. Поэтому следует искать выходы из трудного положения, следует осмотреться и решить, что делать дальше. Сейчас перед человечеством встал глобальный вопрос, энергетический. Энергетика делится на традиционную и нетрадиционную. Традиционная энергетика базируется на использовании ископаемого горючего или ядерного топлива и энергии воды крупных рек. Она подразделяется на теплоэнергетику, электроэнергетику, ядерную энергетику и гидроэнергетику. Многие тысячелетия верно слу­жит человеку энергия, заключен­ная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром неко­торые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы назы­вать не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности пла­неты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, воз­никают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что челове­чество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научи­лись использовать энергию рек. Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества. Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества. Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос - дом, жилище; логос -учение). По этой причине экологию иногда связывают только с учением о среде обитания (доме) или окружающей среде. Последнее в основе правильно с той, однако, существенной поправкой, что среду нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне их среды обитания. Это составные части единого функционального целого, что и подчеркивается приведенным выше определением экологии как науки о взаимоотношениях организмов и среды. Такую двустороннюю связь важно подчеркнуть в связи с тем, что это основополагающее положение часто недоучитывается: экологию сводят только к влиянию среды на организмы. Ошибочность таких положений очевидна, поскольку именно организмы сформировали современную среду. Им же принадлежит первостепенная роль в нейтрализации тех воздействий на среду, которые происходили и происходят по различным причинам. Концептуальные основы дисциплины. С момента появления «Экология» развивалась в рамках биологии практически на протяжении целого века - до 60-70-х годов прошлого столетия. Человек в этих системах, как правило, не рассматривался - полагалось, что его взаимоотношения со средой подчиняются не биологическим, а социальным закономерностям и являются объектом общественно-философских наук. В настоящее время термин «экология» существенно трансформировался. Она стала больше ориентированной на человека в связи с его исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду. Сказанное позволяет дополнить определение «экологии» и назвать задачи, которые она призвана решать в настоящее время. Современную экологию можно рассматривать как науку, занимающуюся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека, со средой, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане - это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобрел (или приобретает) глобальные масштабы - в пределах всей планеты Земля. Становится все более ясным, что человек очень мало знает о среде, в которой он живет, особенно о механизмах, которые формируют и сохраняют среду. Раскрытие этих механизмов (закономерностей) - одна из важнейших задач современной экологии и экологического образования. Ясно, что она может решаться лишь при условии изучения не только «Дома», но и его обитателей, их образа жизни. Содержание термина «экология», таким образом, приобрело социально-политический, философский аспект. Она стала проникать практически во все отрасли знаний, с ней связывается гуманизация естественных и технических наук, она активно внедряется в гуманитарные области знаний. Экология при этом рассматривается не только как самостоятельная дисциплина, я как мировоззрение, призванное пронизывать все науки, технологические процессы и сферы деятельности людей. Признано поэтому, что экологическая подготовка должна идти, по крайней мере, по двум направлениям через изучение специальных интегральных курсов и через экологизацию всей научной, производственной и педагогической деятельности. Ясно, что без основательной общеэкологической подготовки экологизация образования, как и деятельности человека, практически невозможна, а если она и проводится - то либо не достигает цели, либо имеет результат, противоположный ожидаемому, так как базируется на случайных, часто фрагментарных положениях, что недопустимо для системной науки, к рангу которой относится «Экология». Наряду с экологическим образованием существенное внимание уделяется экологическому воспитанию, с которым связывается бережное отношение к природе, культурному наследию, социальным благам. Без серьезного общеэкологического образования решение этой задачи также весьма проблематично. Между тем, став в своем роде модной, экология не избежала вульгаризации понимания и содержания. В ряде случаев экология становится разменной монетой в достижении определенных политических целей, положения в обществе. В разряд экологических нередко возводятся вопросы, относящиеся к отраслям производства, видам и результатам деятельности человека, просто если к ним добавляют модное слово «экология». Так появляются несуразные выражения, в том числе и в печати, типа «хорошая и плохая экология», «чистая и грязная экология», «испорченная экология» и др. Это равнозначно присвоению таких же эпитетов математике, физике, истории, педагогике и т. п. По этому же принципу ранг экологии присваивается многим разделам гуманитарных (философии, социологии, экономики) и естественных наук (биологии, естествознания, географии).
Несмотря на отмеченные неясности и издержки в понимании объема, содержания и использования термина «экология», несомненным остается факт ее крайней актуальности в настоящее время. 1. Энергетика Энергетика – это область хозяйства, охватывающая выработку преобразования, передачу и использование разных видов энергии.
Это совокупность отраслей топливной промышленности, электроэнергетики, а также средств доставки топлива и энергии. Это основа современного хозяйства, всех прогрессивных процессов в экономике. Топливная промышленность – совокупность отраслей горнодобывающей промышленности, занятых добычей и переработкой различных видов топливно-энергетического сырья. Включает нефтеперерабатывающую, газовую, угольную, сланцевую, торфяную и горнодобывающую промышленность. До последнего времени энергетика развивалась опережающими по сравнению с большинством отраслей промышленности темпами, так как энергоёмкость производства в эпоху НТР росла быстрыми темпами. Лишь в XX веке использование энергии в мире увеличилось как минимум в 15 раз. Сильно изменился в XX веке и топливно-энергетический баланс (ТЭБ) мира. Если в начале века в нём всецело доминировал уголь, то впоследствии он был заметно потеснён нефтью, газом, ядерной энергией. Весь послевоенный подъём экономики капиталистических стран в значительной мере объясняется массовым использованием ими дешевой нефти. Богатейшие нефтяные месторождения мира на Ближнем Востоке полностью контролировались международными нефтяными монополиями. Нефть была дешевой для стран Запада, так как монополии платили странам экспортёрам ничтожную часть её цены. Цена на мировом рынке была ниже, чем на уголь. Однако в 1960 году была создана организация стран-экспортёров нефти – ОПЕК, члены которой постепенно взяли добычу нефти в свои руки. Монополиям пришлось платить гораздо более высокие цены на неё, произошло резкое повышение цены на нефть на мировом рынке. Развитым странам Запада пришлось забыть об «эре дешевой нефти», начать экономию этого ценного сырья, вводить энергоресурсосберегаюшие технологии. Доля нефти в ТЭБ этих стран в последние годы несколько понизилась за счёт других источников энергии. В ТЭБ России происходило неуклонное повышение доли жидкого топлива. Однако в последние годы эта тенденция фактически уже не проявлялась, зато рос удельный вес газа, атомной энергии. На тепловых электростанциях идёт замена нефти (мазута) углем и природным газом, что позволяет экономить нефть как ценное химическое сырьё. Нефтяная промышленность Отрасль обрабатывающей промышленности, производящая из сырой нефти нефтепродукты, которые используются в качестве топлив, смазочных и электроизоляционных материалов, растворителей, дорожных покрытий, нефтехимического сырья и др. Большая часть мировых ресурсов нефти приходится на развивающиеся страны, в первую очередь Ближнего Востока. Ведущее место по добыче нефти занимают США, Саудовская Аравия, Россия. Растёт добыча нефти в КНР. В России основным нефтедобывающим регионом, стала Западная Сибирь (свыше 2/3 добычи). Сеть нефтепроводов (более 80 000 км.) связывает основные районы добычи и потребления. Сдвиг нефтедобычи во всё более северные районы (вплоть до Ямала и шельфа Северного Ледовитого океана) с самыми суровыми природными условиями и трудной транспортной доступностью значительно повысил затраты на её добычу. В США добыча нефти ведётся на Юге, а в последние годы – на шельфе Аляски. Резко изменилась за годы энергетического кризиса география импорта этой страной нефти (он составляет 40% потребления). Выросла доля политически «надёжных» стран – Канады, Мексики, Венесуэлы. На Ближний Восток приходится теперь лишь около 5% американского импорта нефти. Резкое падение цен на нефть в середине 80-х годов заставило страны ОПЕК уменьшить её добычу, ввести жесткие ограничения «верхних рубежей» добычи странами участницами, с тем, чтобы сохранить, а по возможности повысить цены на нефть. Доля стран ОПЕК в совокупной мировой добыче (а значит, и экспорте) заметно упала. Определённую роль в снижении добычи сыграли и военные конфликты и связанные с ними «танкерная война» в Персидском заливе. Сохранившийся территориальный разрыв между основными районами добычи и потребления нефти приводит к колоссальным масштабам дальних перевозок нефти, она остаётся грузом номер один мирового морского транспорта. Главные из грузопотоков нефти начинаются от крупнейших нефтяных портов в Персидском заливе и идут к Западной Европе и Японии. Самые крупные танкеры следуют дальним путём вокруг Африки, менее крупные идут через Суэцкий канал. Меньшие грузопотоки нефти идут от стран Центральной Америки (Венесуэла, Мексика) к США и Западной Европе. США снабжается нефтью и по Аляскинскому нефтепроводу, проходящему через Канаду. В нефтеснабжении стран Восточной Европы главную роль играет Россия. Газовая промышленность Добыча природного газа получила развитие лишь во второй половине XX века. В настоящее время в ТЭБ высокоразвитых стран доля газа и угля примерно одинаковы. На Россию и США приходится примерно половина мировой добыче газа. Остальные страны (Канада, Нидерланды и др.) резко уступают им. Газ транспортируется по системе магистральных газопроводов как внутренних, так и международных. Из Западной Сибири, где добывается основная часть Российского газа, он перекачивается в европейскую часть России, на Украину, в Беларусь, также в страны Восточной и Западной Европы. В США основное направление сети газопроводов с Юга на Северо-Восток. Из Нидерландов газ идёт в другие страны Западной Европы. Некоторые газопроводы проложены по дну моря. Другим способом транспортировки газа стала его перевозка в сжиженном состоянии специальными судами – газовозами. Она требует строительство дорогостоящих установок по сжижению газа в портах экспорта и установок, снова превращающих его в нормальный газ в портах импорта. Угольная промышленность В последние годы угольная промышленность мира развивается довольно быстро. Это связанно с обострившейся энергетической ситуацией. Основные угледобывающие страны – КНР, США, Россия и Индия. В Россия основная часть добычи приходится на восточный районы (Кузнецкий и Иркутский бассейны): перспективным районом является Южно-Якутский. В США главный угольный бассейн – Аппалачский, где 60% угля добывается открытым способом. По добыче бурого угля первое место в мире занимает Германия, где она ведётся открытым способом. Бурый уголь, уступающий по калорийности каменному, идёт в основном на электростанции, для химической промышленности и бытового хозяйства (брикеты). Электроэнергетика В природе запасы энергии огромны. Её несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, в залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безграничная энергия, «запечатанная» в ядрах атома вещества. Но не все её формы пригодны для прямого использования. Производство электроэнергии в мире ведется на тепловых станциях, использующих традиционные виды топлива (уголь, газ, сланцы, мазут), гидроэлектростанциях, а также на АЭС. Оно растёт быстрее других секторов топливно-энергетического хозяйства, т.е. электроэнергетика – является ведущей отраслью энергетики.
Основная часть производимой в мире энергии приходится на тепловые станции. Тепловая электростанция (ТЭС) – вырабатывает электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основные типы ТЭС: паротурбинные (преобладают), газотурбинные и дизельные. Иногда к ТЭС условно относят атомные, геотермальные и с магнитогидродинамическими генераторами.
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) дают не только электроэнергию, но и тепло, которое с электростанций подводится в виде горячей воды к предприятиям и жилым зданиям. В настоящее время в странах, обеспеченных топливными ресурсами, ТЭС – основной источник электроэнергии. В России, США, Англии, Германии на ТЭС вырабатывается основная часть электроэнергии. Это объясняется тем, что на сооружение ТЭС затрачивается значительно меньше времени и средств, чем на ГЭС. Они обеспечивают равномерную выработку электроэнергии в течение всего года, и мощность их можно увеличивать в соответствии с потребностями в электроэнергии. Строительство ТЭЦ, дающих не только электроэнергию, но и тепло, повышает эффективность использования топлива и удешевляет стоимость электроэнергии. 1.1 Роль энергетики в научно-техническом прогрессе Еще сравнительно недавно - всего полвека назад наука функционировала как бы с процессами, которые развивались в сфере производства, не затрагивая общественные основы жизнедеятельности людей. Несмотря на отдельные блестящие достижения естествознания, научные исследования в глазах многих оставались занятием важности, которого можно было отдавать должное, но которое нельзя было в широких масштабах включать в сферу деловых интересов. Соответственно и деятельность ученых продолжала восприниматься традиционно - лишь как непонятный широким кругам труд одиночек, занятых созерцанием явлений природы. Положение изменилось после того, как в Лос-Аламо было взорвано первое ядерное устройство. Стало очевидным, что даже самые абстрактные разделы науки имеют тесную связь с социально-экономической жизнью, с политикой. Однако невиданное ранее непосредственное влияние науки на дела людей обнаруживается, разумеется, не только в том, что от военного применения ее открытым оказался вопрос жизни или смерти человечества; голос ее слышен общественности не только через атомные взрывы. Непосредственно характер этого влияния дает о себе знать в сфере созидания, в повседневной жизни населения. Какие это будет иметь последствия для самого человека и общества, в котором мы живем, и какие реальные, не требующие отлагательства социальные и человеческие проблемы возникают в связи с этим сегодня. Если попытаться коротко ответить на поставленные вопросы и определить тем самым главную социальную проблему, то ответ может звучать так: чем выше уровень технологии производства и всей человеческой деятельности, тем выше должна быть степень развития общества, самого человека в их взаимодействии с природой. Подобный вывод был сделан давно: выявлена глубокая взаимосвязь развития науки и техники и социальных преобразований, а также развития человека, его культуры включая отношение к природе. Что же нового вносит новый тип развития науки и техники? Он до предела обостряет возникшие здесь проблемы, требуя именно высокого соприкосновения: новой технологии с обществом, человеком, природой, причем это становится уже не только жизненной необходимостью, но и непременным условием как эффективного применения этой технологии, так и самого существования общества, человека, природы. Эта проблема имеет широкое значение в современных условиях так как от того, как она решается, зависит построение стратегии научно-технического прогресса как силы, которая может либо угрожать, либо способствовать развитию человека и цивилизации. Есть определенная логика в том, какие именно принципы выдвигаются в данный момент на передний план , что им противостоит реально, а что в качестве мнимой альтернативы. Логика эта определяется объективными и субъективными факторами общественного развития в их связи с прогрессом и технологией. Сложившуюся ситуацию коротко можно охарактеризовать следующим образом. Предельная напряженность мысли человеческой, сконцентрированная в современной науке, как бы пришла в соприкосновение со своим "антимиром" - с извращающей силой антигуманных общественных отношений, с отчужденной от подлинной науки сферой ложного сознания,стремящегося быть массовым и казалось бы, результат может быть только один - общественный взрыв. Но он не происходит, или во всяком случае, выражается хотя и в достаточно резких, но ограниченных формах. Дело обстоит так, во-первых потому, что специализация науки зашла слишком далеко, чтобы любое соприкосновение со сферой отчужденного массового сознания могло затронуть глубинные, так сказать сущностные силы науки; во-вторых, потому, что появились тенденции несущие "успокаивающий эффект" и среди них не последнюю (если не первую) роль играют те материальные блага , которые оказались непосредственным образом связаны с успехами науки и техники и ощутимо повлияли на рост общественного массового потребления. Эти последние тенденции не замедлили оформиться, если не теоретически, то, во всяком случае, идеологически - в соответствующих технократических концепциях, которые абсолютизируют значение науки и техники в жизни общества, утверждая что они преобразуют его непосредственно и прямо минуя социальные факторы. В 1949 г. вышла в свет книга Ж.Фурастье "Великая надежда XX века", ставшая знаменем буржуазно-реформистского технократизма. По мнению Фурастье, интенсивное техническое и научное развитие открывают перед человечеством возможность эволюции в сторону создания так называемого "научного общества", избавленного от бремени политических, социальных, религиозных и прочих антагонизмов. Наука и техника в этом грядущем обществе станут основой жизнедеятельности не только социального организма как целого, но в равной мере и отдельных индивидов, входящих в состав этого целого. " Компьютерная утопия", предложенная Фурастье, была оценена как "Величайшая надежда XX века". В более поздних своих работах французский автор утверждает, что задача науки заключается в том, чтобы сделать невозможным существование устаревшей системы ценностей и поставить фундамент для новой, а это, полагает он будет связано с возникновением новой космической религии, которая явится целительным началом, пронизывающим всю ткань грядущего "научного общества". Эту реконструкцию совершают, по Фурастье, приверженцы науки, точнее, теологи, "проникнутые научно-экспериментальным духом и знакомые с величайшими достижениями науки". Таков неожиданный на первый взгляд итог рассуждений Ж. Фурастье, закономерный для технократического мышления. Фурастье был один из первых, кто привлек внимание мировой общественности к современным проблемам, называемыми глобальными, в том числе и к проблеме человека и его будущего в связи с процессами развития науки и техники. Однако в случае с Фурастье ярко видна закономерность перехода технократического мышления от неумеренного оптимизма к пессимизму, от преувеличенной надежды - к разочарованию, от абсолютизации науки - к сомнению в ее возможностях и даже к религиозной вере.
Взгляды Ж.Фурастье являются своеобразным истоком многих других технократических воззрений. В этом легло можно убедиться , обратившись к образцам технократического мышления , представленным, в частности, в труда американского социолога Д.Белла, который говорит о грядущем "новом обществе", построенном структурно и функционально в прямой зависимости от науки и техники. Д.Белл, полагает, что в этом, как он его назвал, постиндустриальном обществе определяющими оказываются, в конечном счете разные виды используемого в экономике научного знания и поэтому главной проблемой становится организация науки. В соответствии с этим "постиндустриальное общество" по Беллу, характеризуется новой социальной структурой, базирующейся не на отношениях собственности, а на знании и квалификации. В книге "Культурные противоречия капитализма" - провозглашенные ранее идеи Белл доводит до разрыва между экономикой и культурой в соответствии с концепцией "разобщенности сфер".
Имеется немало сторонников линии "технократического мышления", которые считают, что воздействие науки и техники на человека и общество, особенно в наиболее развитых странах мира, становится сильным источником современных перемен. Так, З.Бжезинский в своей книге "Между двумя веками" утверждает, что постиндустриальное общество становится технотронным обществом в результате непосредственного влияния техники и электроники на разные стороны жизни общества, его нравы, социальную структуру и духовные ценности. Хотя З.Бжезинский, как и многие другие стороники технократических идей, постоянно говорил о социальных изменениях, имеющих глобальный характер, на деле ссылки на развитие науки и техники используются им лишь для того, чтобы доказать способность общества сохранить себя в условиях происходящих в мире перемен. Технократические тенденции весь отчетливое развитие получили у Г.Кана и У.Брауна: "Следующие 200 лет. Сценарий для Америки и всего мира". Затрагивая в ней вопрос о роли и значении науки и техники (являются они силами добра или зла), авторы говорят о "фаустовской сделке", которая якобы существует между человечеством и наукой и техникой. Обретя могущество с помощью науки и техники, человечество подвергает себя опасности, которая в них заключена. Авторы, однако выспупают против проведения политики направленной на прекращение или замедление научно-технического прогресса. Напротив, они считают необходимым в отдельных случаях ускорять это развитие, сохраняя осторожность и бдительность с целью предотвращения или уменьшения возможных неблагоприятных последствий. Как полагают авторы, при этом, в будущем, в ходе возникновения в сравнительно полном объеме "супериндустриальной экономики", многосторонняя тенденция развития западной культуры выразится в непрерывном экономическом росте, технологических усовершенствованиях, рационализме и ликвидации предрассудков, наконец, в открытом бесклассовом обществе, где утвердится вера в то, только люди и человеческая жизнь являются абсолютно священными. В западной философии все в большей степени обнаруживается стремление избежать популяризации технократизма. К.Ясперс отмечает, что в Европе почти исчез прометеевский интерес перед техникой. Отвергая представление о "демонизме" техники , К.Яперс считает, что она направлена на то, чтобы в ходе преобразования трудовой деятельности человека преобразовать и самого человека. Более того, по его мнению, вся дальнейшая судьба человека зависит от того способа, посредством которого он подчинит себе последствия научно-технического развития. По Ясперу "техника - только средство, сама по себе она не хороша. Все зависит от того что из нее сделает человек, чему она служит, в какие условия он ее ставит. Весь вопрос в том, что за человек подчинит ее себе, каким проявит он себя с ее помощью. Техника не зависит от того, что может быть ею достигнуто, она лишь игрушка в руках человека. К.Ясперс сформулировал ясную программу , которая в особенности касается новой техники, способной коренным образом изменить структуру человеческой деятельности. Использование "высоких технологий" создает принципиально новую ситуацию в сфере производства, быта, отдыха, во многом меняет мировоззрение и психологию людей. Обращаясь к социальным проблемам, возникающим в связи с применением новой технологии, английские исследователи - член Национального совета по экономическому развитию Я.Бенсон и социолог Дж.Мойд считают, что "быстрые технологические изменения, развертывающиеся в условиях свободного рынка, влекут за собой чрезмерные экономические, социальные, личностные издержки со стороны той части общества, которая менее всего в состоянии их выдержать". 2. Экологические проблемы энергетики Энергетика - это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения. Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся (некоторое замедление их в промышленно развитых странах компенсируется ростом энерговооруженности стран третьего мира), поэтому важно получить ответы на следующие вопросы: какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе; можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии; каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым. В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топ-дива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду. 2.1. Теплоэнергетика. За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%,а в получении электроэнергии -только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии |52%). В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает 10%.
В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5-6% электроэнергии (в России 20,5%), атомная энергетика, дает 17-18% электроэнергии. В России ее доля близка к 12%, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция - 74%, Бельгия -61%, Швеция - 45%).
Сжигание топлива - не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. 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 организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем. Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице. Технологический процесс Влияние на элементы среды и биоту Примеры цепных реакций воздух почвы и грунты воды экосистемы и человека 1 2 3 4 5 6 Добыча топлива: -жидкое (нефть) и в виде газа Углеводо-родное загрязнение при испарении и утечках Повреждение или уничтожение почв при разведке и добыче топлива, передвижениях транспорта и т.п.; загрязнение нефтью, техническими химикатам, Металлолом и др. отходами Загрязнение нефтью в результате утечек, особенно при авариях и добычах со дна водоемов, загрязнение технологическими химреагентами и другими отходами; разрушение водоносных структур в грунтах, откачка подземных вод их сброс в водоемы Разрушение и повреждение экосистем в местах добычи и при обустройстве месторождений(дороги, линии электропередач, водопроводы и т.п.), загрязнение при утечках и авариях, потеря продуктивности, ухудшение Качества продукции. Воздействие на человека в основном через биопродукцию (особенно гидробионтов). Загрязнение почв-> загрязнение вод нефтью и химреагентами -> гибель планктона и других групп организмов -> снижение рыбопродукгивности -> потеря потребительских или вкусовых свойств воды и продуктов промысла -твердое: угли, сланцы торф и т.п.) Пыль при взрывных и других работах, продукты горения терриконов и т.п. Разрушение почвы и грунтов при добыче открытыми методами (карьеры), просадки рельефа, разрушение грунтов при шахтных методах добычи Сильное нарушение водоносных структур, откачка и сброс в водоемы шахтных, часто высокоминера-лизированных, железистых и других вод Разрушение экосистем или их элементов, особенно при открытых способах добычи, снижение продуктивности, воздействие на биоту и человека через загрязненные воздух, воды и пищу. Высокая степень заболеваемости, травматизма и смертности при шахтных способах добычи Транспор-тировка топлива Загрязнение при испарении жидкого топлива, потере газа, нефти, пылью от твердого топлива Загрязнение при утечках, авариях, особенно нефтью Загрязнение нефтью в результате потерь и при авариях В основном через загрязнение вод и гидробионтов Работа электростанций на твердом топливе Основные поставщики углекислого газа, сернистого ангидрида, окислов азота, продуктов для кислых осадков, аэрозолей, сажи, загрязнение радиоактивными веществам и, тяжелыми металлами Разрушение и сильное загрязнение почв вблизи предприятий (техногенные пустыни), загрязнение тяжелыми металлами, радиоактивными веществами, кислыми осадками; отчуждение земель под землеотвалы, другие отходы Тепловое загрязнение в результате сбросов подогретых вод, химическое загрязнение через кислые осадки и сухое осаждение из атмосферы, загрязнение продуктами вымывания биогенов и ядовитых веществ (алюминий)из почв и грунтов Основной агент разрушения и гибели экосистем, особенно озер и хвойных лесов (обеднение видового состава, снижение продуктивности, разрушение хлорофилла, вымывание биогенов, повреждение корней и т.п.). Эвтрофикация вод и их цветение. На человека через загрязнение воздуха, воды, продуктов питания, разрушение природы, строений, памятников и т.п. Загрязнение воздуха продуктами горения-» кислые осадки-» гибель лесов и экосистем озер ‑> нарушение круговоротов вешеств ‑> антропогенные сукцессии Тепловое загрязнение вод ‑> дефицит кислорода ‑> эвтрофикация и цветение вод ‑> усиление дефицита кислорода ‑> превращение водных экосистем в болотные Работа электростанций на жидком топливе и газе То же, но в значительно меньших масштабах То же, но в значительно меньших масштабах Тепловое загрязнение, как для твердого топлива, остальные в значительно меньших масштабах То же, но в значительно меньших масштабах Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф. Хотя в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь уместно вспомнить высказывание Д. И. Менделеева о недопустимости использования нефти как топлива: «нефть не топливо - топить можно и ассигнациями».
Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет. Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оценивается более чем в 7 триллионов тони. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания. Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС. Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и ишаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности. Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась на угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. т/год). Это тот предел, за которым прогнозируются такие изменения климата, которые обусловят катастрофические последствия для биосферы. ТЭС - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.). 2.2. Гидроэнергетика. Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы. Основные воздействия ГЭС на среду, различные звенья экосистем и человека приведены в таблице. Технологический процесс Влияние на элементы среды и биоту Примеры цепных реакций воздух почвы и грунты Воды экосистемы и человека 1 2 3 4 5 6 Строительство ГЭС Разрушение почв и грунтов на стройпло-щадках, подъездных путях, хозяйствен-ных объектах и т.п.; перемеще-ние больших масс грунтов, особенно при строитель-стве плотин и обвалова-нии водохрани-лищ Аэрозольное загрязнение продуктами разрушения почв, стройматериалами (особенно цементом); химическое - в небольших объемах в основном от работы техники, предприятий, стройматериалов Некоторое нарушение режима и загрязнение в местах строительства (обводные каналы и т.п.) Частичное разрушение экосистем и их элементов(растительности, почв), фактор беспокойства для животных, интенсивный промысел и т.п. Влияние на человека в основном через изменение среды и социальные факторы Текущая вода (река) -> водохранилище -> накопление химических веществ (эвтрофикация) плюстепловое загрязнение -> зарастание водоема (цветение) -> обогащение органикой -> обескислороживание -> превращение экосистемы транзитноготипа в аккумулятивнозастойную -> порча воды -> болезни рыб -> потеря пищевых или вкусовых свойств воды и продуктов промысла Заполне-ние водохра-нилищ Уход под воду плодород-ных пойменных земель (затопление), подъем грунтовых вод в прибреж-ной зоне (подтопле-ние, заболачи-вание). В горных условиях такие явления выражены в меньшей степени Дополнительноеиспарение с чаши водохранилищ Смена текущих вод на застойные, неизбежное загрязнение водохранилищ быстрораствори-мыми или взмучиваемыми веществами при заполнении чаши водохранилищ и формировании берегов Полное уничтожение сухопутных экосистем (сведение лесов или их гибель от подтопления, часто оставление всей биомассы взоне затопления), смена прибрежных экосистем. Неизбежное переселение людей из зоны затопления, социальные издержки Давление водных масс на ложе водохранилищ -> интенсификация сейсмических явлений Работа ГЭС То же,что и при затоплении, ПЛЮС MHOголет-нее разрушение береговой линии (абразия), формирова-ние новых типов почв в прибреж-ной зоне Повышение влажности, понижение температур туманы, местныеветры, часто неприятный запах от гниения органических остатков Загрязнение в результате стоков с водосборов и разложения больших масс органики почв, растительных остатков, древесины и т.п., образование фенолов, накопление биогенов и других веществ; усиленное прогревание, особенно мелководий (тепловое загрязнение) ,эвтрофикация, цветение, потеря кислорода, накопление тяжелых металлов, ила, радиоактивных и других веществ, порча воды Формирование новых экосистем (в основном луговых и болотных) в зоне подтопления, зарастание вод. цветение;нарушение миграций рыб и других гидробионтов, смена более ценных видов менее ценными; заболевания рыб (гельминты и другие паразиты), забивание жаберных щелей рыб водорослями, разрушение нерестилищ и зимовальных ям. Потеря вкусовых качеств рыб. Увеличение вероятности заболеваний людей при контакте с водными массами (купание и т.п.) и продуктами промысла Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. Так, Волга практически на всем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.
Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по различным причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, гумус почв и т. п.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов. В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, 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 синезеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие медленной обновляемости 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. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых Каспия после строительства на ней каскада ГЭС. 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. Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина, построенная на Ниле в 60-е годы, будет наполовину заилена уже к 2025 году. Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей. Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых (аридных) районах, испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км3. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления воды Москвой. 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. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции. Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей. 2.3. Ядерная энергетика. Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля. До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС. Некоторые параметры воздействия АЭС и ТЭС на среду представлены в таблице. Сравнение АЭС и ТЭС по расходу топлива и воздействию на среду. Мощность электростанций по 1000 мВт, работа в течение года ; (Б. Небел, 1993) Факторы воздействия на среду ТЭС АЭС Топливо 3,5 млн.т угля 1 ,5 т урана или 1000 тонны урановой руды Отходы: углекислый газ сернистый ангидрид и другие соединения зола радиоактивные 10 млн.т 400 тыс.т 100 тыс.т - - - - 2 т При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности. К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших ; более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.
По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества. В результате аварии на Чернобыльской АЭС 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, или 80000 км2. В России наиболее значительно пострадали Брянская, Калужская, Тульская и Орловская области. Пятна загрязнений имеются в Белгородской, Рязанской, Смоленской, Ленинградской и других областях. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни нескольких поколений.
После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства. На территории России расположено 9 АЭС, включающих 29 реакторов. Из них 22 реактора приходится на наиболее населенную европейскую часть страны. 11 реакторов относится к типу РБМК. На Чернобыльской АЭС произошло разрушение реактора этого типа. Много реакторов (по количеству больше, чем АЭС) установлено на подводных лодках, ледоколах и даже на космических Объектах. В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива. Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы год около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология Захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций. Неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу получаемой энергии здесь оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится в атмосферу. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 [КМ3 подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км3. Следствием больших потерь тепла на АЭС является более низкий коэффициент их полезного действия по сравнению с ТЭС. На последних он равен 35^Ю%, а на АЭС - только 30-31 %. В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду: разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при I открытом способе); изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию; изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов; не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях. 3. Пути решения проблем энергетики Несомненно, что в ближайшей перспективе тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов. В их числе можно назвать следующие. 1. Использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов. 2. Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания. 3. Большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности для России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других устройств.
4. Не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше. Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду, что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на АЭС - не менее 70% энергии. Энергия теряется также при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло.
Заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объекты получения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение. 3.1. Альтернативная энергетика. Основные современные источники получения энергии (особенно ископаемое топливо) можно рассматривать в качестве средства решения энергетических проблем на ближайшую перспективу. Это связано с их исчерпанием и неизбежным загрязнением среды. В этой связи важно познакомиться с возможностями использования новых источников энергии, которые позволили бы заменить существующие. К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников. Энергия воды Существует несколько источников, которыми мы можем назвать энергией воды. Горячие воды. Среди "нетрадиционных" возобновляемых источни­ков энергии по объему использования в мире первое место занимает подземное тепло - геотермальные воды. В США суммарная мощность ГеоТЭС превышает 2 млн киловатт, это примерно полпроцента всех ус­тановленных мощностей электростанций страны. Еще около двух миллионов киловатт тепловой мощности используются напрямую - для теплоснабжения, обо­грева парников и т.п. Филиппины уступают по абсолютным мощностям, но их доля в национальном производстве электроэнергии внушительна - 19%. На третьем месте Мексика - 700 МВт, т.е. 4%. По прямому использованию подземного тепла лидируют японцы - около пяти миллионов киловатт, что эквивалентно экономии двух с половиной миллионов 84 тонн условного топлива. Маленькая европейская страна Исландия полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами. Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли- других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды.Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт. Самолеты и легковые автомобили, автобусы и грузовики могут приводиться в движение газом, который можно извлекать из воды, а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ - водород, и он может использоваться в качестве горючего. Водород- один из наиболее распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой капле воды. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлеченный из воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии. Все большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится к "водородной энергетике" будущего, так как полученный водород достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре -203 С. Его можно хранить и в твердом виде после соединения с железо-титановым сплавом или с магнием для образования металлических гидридов. После этого их можно легко транспортировать и использовать по мере необходимости. Что касается непосредственного использования энергии рек, приливов и отливов, можно сказать, что человек мог использовать эту энергию в полном объёме. Это не требует дополнительных затрат энергии; энергия доступна всегда, в отличае от энергии солнца.Может показаться, что в гидроэнергетике экологам придраться не к чему - речная вода крутит турбины, все чисто, опрятно, никакой химии, никакого огня с дымом. Так считали многие десятилетия. Например, строительство плотин: прежде всего, плотина на большой равнинной реке оз­начает затопление огромных территорий под водохра­нилище с выселением большого числа людей (затопленные плодород­ные почвы обогащают воду большим количеством био­генных элементов, что приводит к развитию процессов эвтрофикации и вызывает резкое ухудшение качества воды), во-вторых, плотина перегораживает реку и создает тяжелые, часто катастрофические последствия для ры­бы, живущей в реке, а особенно для поднимающейся к ее верховьям на нерест, в-третьих, вода в хранилищах застаивается, ее "проточность" теряется, что сказывается и на жизни всех существ, населяющих реку, и вредит людям, жи­вущим у воды, в-четвертых, местное повышение уровня воды влия­ет и на грунтовые воды, приводит к подтоплениям и за­болачиванию, а также к эрозии берегов, оползням, также не исключены проры­вы плотин с тысячными жертвами. К отрицательным последствиям относятся также увеличение потерь воды на испарение, изменение тем­пературного режима воды. Солнечная энергия Большие надежды люди возлагают на энергию солнца. Сейчас активно разрабатываются способы её эксплуатации: изобретают новые виды автомобилей, самолётов, также домов , отапливаемых благодаря солнцу. Так можно использовать воду, нагретую солнцем, ездить на автомобиле. Солнечная энергия является наиболее мощным и доступным из всех видов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в Крыму. Солнечное излучение не только неисчерпаемый, но и абсолютно чистый источник энергии, обладающий огромным энергетическим потенциалом. Почему же он тогда так слабо используется? Одним из наиболее серьезных препятствий для глобального использования солнечной энергии является низкая интенсивность солнечного излучения. Это требует разработки методов и устройств по концентрированию солнечной энергии. Солнце не способно справиться с «пиками» на­грузки, для этого требуется энергию аккумулировать. Основное воздействие гелиоустановок на окружающую среду является косвенным и связано с такими факторами, как необходимость производства спе­циальных высококачественных материалов (сопрово­ждаемое химическим загрязнением окружающей среды), отторжение территории, возможность регио­нального перераспределения потока солнечной ради-лции и др. Масштабное внедрение солнечной энергетики требует больших затрат Основной материал солнечных батарей в одной из са­мых эффективных конструкций - арсенид галлия, т.е. соединение металла с сильнейшим ядовитым вещест­вом - мышьяком. При массовом внедрении солнечных батарей мышьяка потребуется много. Его производство на всех этапах - вреднейшая большая химия. Экологи­ческая чистота, так же как и дешевизна этого,варианта крупномасштабной энергетики оказываются чистой ил­люзией.
Энергия ветра Ветер – один из нетрадиционных источников энергии. Ветер рассматривается специалистами как один из наиболее перспективных источников энергии, способный заменить не только традиционные источники, но и ядерную энергетику. Выработка электроэнергии с помощью ветра имеет ряд преимуществ:
a) экологически чистое производство без вредных отходов; b) экономия дефицитного дорогостоящего топлива (традиционного и для атомных станций); c) доступность; d) практическая неисчерпаемость. Существенным недостатком энергии ветра является ее изменчивость во времени, но его можно скомпенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полной автономии объединить несколько десятков крупных ветроагрегатов, то средняя их мощность будет постоянной. При наличии других источников энергии ветрогенератор может дополнять существующие. И, наконец, от ветродвигателя можно непосредственно получать механическую энергию. Но и здесь как и в других источниках энергии мы можем найти отрицательные стороны. С ветром связан один вид загрязнения окружающей среды, само сущест­вование и важность которого не всегда учитываются. Речь идет о "шумовом загрязнении". Одна из ведущих американских компаний построила в штате Огайо крупнейшую в мире ветросиловую установку номинальной мощностью 10 МВт. Это циклопическое - общей высотой свыше ста метров при скромной мощности -сооружение проработало всего несколько суток и было продано на слом по цене 10 долларов за тонну. Жизнь в радиусе нескольких километров сделалась невозмож­на. И дело не только в слышимом шуме и вибрациях. В этом шуме сильна инфразвуковая, низкочастотная ком­понента, а не все знают, что инфразвук на частоте 7 Гц, совпадающей с альфа-ритмом головного мозга, при достаточной интенсивности для человека очень вреден, способен вызывать сильнейшие расстройства здоровья. Использование ветроустановок приводит и к опустыниванию земель: животные уходят с этой местности, уменьшается биоразнообразие. Другие источники энергии (биомасса) Во многих развивающихся странах важным энерге­тическим источником остается "биомасса". Сюда вклю­чаются дрова, тягловая сила сельскохозяйственных жи­вотных и их навоз, используемый в качестве топлива. Людям, привыкшим к технике, это может показаться неожиданным, но в настоящее время биомасса в миро­вом масштабе все еще дает людям в несколько раз больше энергии, чем атомные электростанции. Значительное развитие получила переработка биомассы, основанная на процессах газификации, теролиза и получения жидких топлив. В настоящее время в мире действуют десятки установок для получения биогаза из мусора с использованием его в основном для производства электроэнергии и тепла суммарно мощностью сотни МВт. Однако при переработке биомассы в этанол образуются побочные продукты, прежде всего – промывочные воды и остатки перегонки. Последние являются серьезным источником экологического загрязнения окружающей среды. Представляют интерес технологии, которые позволяют в процессе очистки этих отходов получать минеральные вещества, используемые в химической промышленности, а также применять их для производства минеральных удобрений Древесина. Вырубленный лес снова вырастает, взамен выловленных рыб появляют­ся другие. Однако чрезмерное использование может привести к тому, что возобновимые ресурсы становят­ся невозобновимыми: леса, некогда вырубленные в ря­де средиземноморских стран, так полностью и не вос­становились. Запасы леса ограни­ченны, и их нужно охранять, используя только эко­номно 3.2. Система энергосбережения. Несомненно, что в ближайшей перспективе тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов. В их числе можно назвать следующие: 1. Использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов. 2. Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания. 3. Большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других слаботочных устройств. 4. Не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше. Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду, что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на АЭС - не менее 70% энергии. Энергия теряется также при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло. 5. Заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объекты получения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.
Заключение. Существует неразрывная взаимосвязь и взаимозависимость условий обеспечения теплоэнергопотребления и загрязнения окружающей среды. Взаимодействие этих двух факторов жизнедеятельности человека и развитие производственных сил привлекает постепенное внимание к проблеме взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды.
На ранней стадии развития теплоэнергетики основным проявлением этого внимания был поиск в окружающей среде ресурсов, необходимых для обеспечения теплоэнергопотребления и стабильного теплоэнергоснабжения предприятий и жилых зданий. В дальнейшем границы проблемы охватили возможности более полного использования природных ресурсов путём изыскания и рационализации процессов и технологии, добычи и обогащения, переработки и сжигания топлива, а также совершенствования теплоэнергетических установок. С ростом единичных мощностей блоков, теплоэнергетических станций и теплоэнергетических систем, удельных и суммарных уровней теплоэнергопотребления, возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный и водный бассейны, а также более полного использования их естественной рассеивающей способности. На современном этапе проблема взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя своё влияние на огромные территории, большинство рек и озёр, громадные объемы атмосферы и гидросферы Земли. Ещё более значительные масштабы развития теплоэнергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейший интенсивный рост разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах. Принципиально новые стороны проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды возникли в связи с развитием ядерной теплоэнергетики. Важнейшей стороной проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды в новых условиях является всё более возрастающее обратное влияние определяющая роль условий окружающей среды в решении практических задач теплоэнергетики (выбор типа теплоэнергетических установок, дислокация предприятий, выбор единичных мощностей энергетического оборудования и многое другое). Литература 1. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы : Учеб. для с.-х. учеб. заведений. - М.: Агропромиздат, 1995. 2. Винокурова Н.Ф. Природопользование: учебник для профессиональных школ. – М., Просвещение, 1995. 3. Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей.-М.:Агар, 1999. 4. Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды. – М., Аспект Пресс, 2000. – 143с 5. Корнеева А.И. Общество и окружающая среда. - М.: Мысль, 1995. 6. Миллер Тайлер. Жизнь в окружающей среде. Перевод Алексеевой Б.А. под редакцией Г.А. Ягодина. Москва: Прогресс. Пангея, 1993. 7. Человек и экология : Сборник / Ред. Н. Филипповский. - М.: Знание, 1990. 8. Юдасин Л. С. Энергетика: проблемы и надежды. – М., Просвещение,1990