Экологические проблемы энергетики

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ — ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИИНСТИТУТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПЕРЕПОДГОТОВКИСПЕЦИАЛИСТОВРЕФЕРАТ
по дисциплине
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГОЕСТЕСТВОЗНАНИЯ (ЭКОЛОГИЯ)»
На тему: «Экологические проблемы энергетики»
             Слушатель: Семенов В.А.
                                                                           Группа №13ФКБ
   Специальность:  Финансы и кредит
             Специализация:Финансовый контроль,
             бухгалтерский учет и аудит
Преподаватель:Боров Л.И., к.с.-х.н.
Москва, 2005г.
Оглавление
Введение ………………………………………………………………...    3
1.     Экологические проблемы теплоэнергетики ……………………….   5
2.     Экологические проблемы гидроэнергетики ………………………. 12
3.     Экологические проблемы ядерной энергетики …………………… 17
4.     Краткая экологическая характеристика нетрадиционныхметодов
полученияэнергии…………………………………………………… 22
            Заключение………………………………………………………………  29
            Литература……………………………………………………………….  29
          Введение
Однимиз положений экологического аспекта стра­тегииустойчивого развития, принятой в Рио-де-Жа­нейров 1992 г., является «… постепенный переход от энергетики, основанной на сжигании органического топлива, к альтернативной энергетике, использующей возобновляемые источники энергии (солнце, воду, ве­тер, энергию биомассы, подземное тепло и т. д.).
Анализ перспективразвития мировой энергетики свидетельствует озаметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения.
Объектыэнергетики, как и многие предприятия другихотраслей промышленности, представляют собойисточники неизбежного, потенциального, до настоящеговремени практически количественно не учитываемогориска для населения и окружающей среды.
Энергетическиеобъекты (топливно-энергетический комплекс вообще иобъекты энергетики в частности) по степенивлияния на окружающую среду принадле­жатк числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу.
Отрицательныепоследствия воздействия энергети­кина окружающую среду следует ограничивать не­которым минимальнымуровнем, например социально приемлемымдопустимым уровнем. Должны рабо­тать экономические механизмы,реализующие комп­ромисс между качеством среды обитания и социаль­но-экономическими условиями жизни населения.
Аналогичный кругвопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологической безо­пасностиобъектов теплоэнергетики: учет теплового и химическоговоздействия на окружающую среду, вли­яниеводоемов-охладителей и т. п. Кроме того, для крупных ТЭС на твердом топливе (уголь, сланцы) воз­никаютпроблемы надежной и безопасной эксплуата­ции золоотвалов — сложных и ответственных грун­товыхгидросооружений.
Энергетика- основной движущий фактор разви­тиявсех отраслей промышленности, транспорта, ком­мунального и сельского хозяйства, база повышения производительноститруда и благосостояния населе­ния. У неенаиболее высокие темпы развития и масш­табыпроизводства. Доля участия энергетических пред­приятий в загрязнении окружающей среды продук­тами сгорания органических видов топлива, содержа­щих вредные примеси, а также тепловыми отходамивесьма значительна [2].
Внастоящей работе рассмотрено влияние на окружающую среду разных видовэнергетики (теплоэнергетика, гидроэнергетика, ядерная энергетика), способыснижения выбросов и загрязнений от энергетических объектов, а также приведенахарактеристика нетрадиционных методов получения энергии (ветроэнергетика,солнечная энергия, энергия термальных вод).
1.      Экологическиепроблемы теплоэнергетики
Воздействие тепловых электростанций на окружающуюсреду во многом зависит от вида сжигаемого топлива [1].
Твердоетопливо. При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола с частицами не­догоревшеготоплива, сернистый и серный ангидри­ды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты непол­ного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых слу­чаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе донецких антра­цитов в незначительных количествах содержится мы­шьяк, а в золе Экибастузского инекоторых других месторождений — свободный диоксид кремния, в золесланцев и углей Канско-Ачинского бассейна —сво­бодный оксид кальция.
Уголь- самое распространенноеископаемое топ­ливо на нашей планете.Специалисты считают, что его запасов хватит на500 лет. Кроме того, уголь рас­пространен по всемумиру более равномерно и он бо­лее экономичен, чемнефть.Из угля можнополучить синтетическое жидкое топливо. Методполучения горючего путем переработ­киугля известен давно. Однако слишком высокой быласебестоимость такой продукции. Процесс про­исходитпри высоком давлении. У этого топлива есть однонеоспоримое преимущество — у него выше ок­тановоечисло. Это означает, что экологически оно будетболее чистым.
Торф. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд отрицательных последствий для ок­ружающей среды, возникающих в результате добычи торфа в широких масштабах. К ним, в частности, от­носятся нарушение режима водных систем, изменение ландшафтаи почвенного покрова в местах торфодобы­чи,ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнениевоздушного бассейна, резкое ухуд­шениеусловий существования животных. Значитель­ные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа.
Жидкоетопливо. При сжигании жидкого топлива (мазутов) с дымовыми газами в атмосферный воздух по­ступают: сернистый и серный ангидриды, оксиды азо­та, соединения ванадия, солей натрия, а также веще­ства, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более «гигие­ничное».При этом полностью отпадает проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории, исключают их полезноеиспользование и являются ис­точникомпостоянных загрязнений атмосферы в райо­не станции из-за уноса части золы с ветрами. В продук­тах сгорания жидких видов топлива отсутствует лету­чая зола.
Природный газ. При сжигании природного газа су­щественным загрязнителем атмосферы являются ок­сиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжига­нии наТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чемпри сжигании угля. Это объясняется не свойства­ми самого топлива, а особенностями процессов сжи­гания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ниже, чем при сжигании природного газа. Та­ким образом, природный газ является наиболее эко­логическичистым видом энергетического топлива и повыделению оксидов азота в процессе горения.
Комплексное влияниепредприятий теплоэнергетики на биосферу в целомпроиллюстрировано в табл. 1.
Таким образом, вкачестве топлива на тепловых электростанцияхиспользуют уголь, нефть и нефтепро­дукты,природный газ и, реже, древесину и торф. Ос­новными компонентами горючихматериалов являют­ся углерод, водород икислород, в меньших количе­ствах содержится сераи азот, присутствуют также сле­ды металлов и ихсоединений (чаще всего оксиды и суль­фиды).
В теплоэнергетикеисточником массированных атмос­ферных выбросов икрупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия иустановки паросилового хозяйства,т. е. любые предприятия, работа которыхсвязана со сжиганием топлива                                                             .                

Таблица 1
Комплексное влияние предприятий теплоэнергетики на биосферу
Технологический процесс
Влияние на элементы среды и живые системы
Примеры цепных реакций в биосфере
воздух
почвы и грунт
воды
Экосистемы и человек
1
2
3
4
5
6
Добыча топлива:
— жидкое  (нефть)
и в виде газа
Углеводородное загрязнение при испарениях и утечках
Повреждение или уничтожение почв при разведке и добыче топлива, передвижениях транспорта и т.п.; загрязнение нефтью, техническими химикатами, металлолом и др. отходами
Загрязнение нефтью в результате утечек, особенно при авариях и добычах со дна водоемов, загрязнение технологическими химреагентами и др. 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, ЛЭП, водопроводы и т.п.), загрязнения при утечках и авариях.
Загрязнение почв, загрязнение вод нефтью и химреагентами, снижение рыбопродуктивности, потеря потребительских или вкусовых свойств воды и продуктов промысла
-твердое: угли, сланцы торф и т.п.
Пыль при взрывных и других работах
Разрушение почвы и грунтов при добыче открытыми методами (карьеры), просадки рельефа, разрушение грунтов при шахтных работах
Сильное нарушение водоносных структур, откачка и сброс в водоемы шахтных, часто высокоминирали-зированных, желе-зистых и других вод
Разрушение экосистем или их элементов, особенно при открытых способах добычи, снижение продуктивности, воздействие на человека через загрязненные воздух, воды и пищу. Высокая степень заболеваемости, травматизма и смертности при шахтных способах добычи
1
2
3
4
5
6
Транспортировка
топлива
Загрязнение при испарениии 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
Работа электростанций на твердом топливе
Основные поставщики углекислого газа, оксидов серы и азота, продуктов для кислых осадков, аэрозолей, сажи, загрязнение радиоактивными веществами, тяжелыми металлами
Разрушение и сильное загрязнение почв вблизи предприятий (зоны отчуждения), загрязнения 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, вымывание ядовитых веществ из почв и грунтов
Основной агент разрушения и гибели экосистем, особенно озер и хвойных лесов (обеднение видового состава, снижение продуктивности, повреждение корней). На человека через загрязнение воздуха, воды, продуктов питания. Разрушение природы, строений, памятников.
Загрязнение воздуха продуктами горения ® кислые осадки ® гибель лесов и экосистем озер.
Тепловое загрязнение вод ® дефицит кислорода ® цветение вод ® усиление дефицита кислорода ® превращение водных систем 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, остальное в значительно меньших масштабах
То же, но в значительно меньших масштабах

Нарядус газообразными выбросами теплоэнергети­капроизводит огромные массы твердых отходов; к ним относятся зола и шлаки.
Отходыуглеобогатительных фабрик содержат 55-60%SiO2, 22-26% Аl2О3,
5-12% Fe2O3, 0,5-1% CaO, 4-4,5% К2Ои Nа2О и до 5% С. Они поступают в отвалы, которыепылят, дымят и резко ухудшают состояние атмосферыи прилегающих территорий [1].
Жизнь на Землевозникла в условиях восстанови­тельной атмосферы итолько значительно позже, спус­тя примерно 2 млрд лет, биосфера постепенно преобра­зовала восстановительную атмосферу в окислительную. Приэтом живое вещество предварительно вывело из атмосферыразличные вещества, в частности, углекис­лый газ, образовав огромные залежи известняков и дру­гих углеродосодержащих соединений.
Сейчас нашатехногенная цивилизация сформирова­ламощный поток восстановительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год, в мире было сожжено 450 млрдбаррелей нефти, 90 млрдт угля, 11 трлн м3 газа (табл. 2).
Таблица2
Выбросыв атмосферу электростанцией мощностью 1000 МВт в год(в тоннах)
Топливо
Выбросы
углеводороды
СО
NOx
SO2
частицы
Уголь
400
2000
27 000
110 000
3 000
Нефть
470
700
25 000
37 000
1 200
Природный газ
34
—
20 000
20,4
500
Основную часть выбросазанимает углекислый газ — порядка 1 млн т в пересчетена углерод 1 Мт. Со сточ­ными водами тепловойэлектростанции ежегодно уда­ляется 66 т органики,82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатови почти 500 т взвешенных час­тиц. Золаэлектростанций часто содержит повышен­ные концентрации тяжелых, редко земельныхи ра­диоактивных веществ.
Для электростанции, работающей на угле,требует­ся 3,6 млнт угля, 150 м3 воды и около 30 млрд м3воздуха ежегодно. В приведенных цифрах не учтенынарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля.
Если учесть, чтоподобная электростанция активно работаетнесколько десятилетий, то ее воздействие вполнеможно сравнить с действием вулкана. Ноесли последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количества разово, то электростанция дела­ет это постоянно. За десятки тысячелетий вулканичес­кая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно по­влиять на состав атмосферы, а хозяйственная деятель­ностьчеловека за какие-то 100-200 лет обусловила та­кие изменения, причем в основном за счет сжигания ис­копаемого топлива и выбросов парниковых газов раз­рушенными и деформированными экосистемами.
Коэффициент полезногодействия энергетических ус­тановок пока невелик и составляет 30-40%,большая часть топлива сжигается впустую.Полученная энергия тем или инымспособом используется и превращается, вконечном счете, в тепловую, т. е. помимо химическо­го в биосферу поступает тепловое загрязнение [2].
Загрязнение и отходыэнергетических объектов в виде газовой, жидкойи твердой фазы распределяются на два потока: одинвызывает глобальные изменения, а другой— региональные и локальные. Так же обстоит делои в других отраслях хозяйства, но все же энерге­тика и сжигание ископаемого топлива остаются источ­ником основных глобальных загрязнителей. Они посту­пают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосфе­ры, в том числе парниковых газов. В атмосфере появилисьгазы, которые ранее в ней практически отсут­ствовали- хлорфторуглероды. Это глобальные заг­рязнители, имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экрана стратосферы.
Таким образом,следует отметить, что на современ­номэтапе тепловые электростанции выбрасывают в ат­мосферу около 20% от общего количества всех вредных отходовпромышленности. Они существенно влияют на окружающуюсреду района их расположения и на со­стояниебиосферы в целом. Наиболее вредны конденса­ционныеэлектрические станции, работающие на низ­косортныхвидах топлива. Так, при сжигании на стан­цииза 1 час 1060 т донецкого угля из топок котлов уда­ляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99% — 193,5 т золы, а через тру­бы в атмосферу выбрасывается 10 млнм3 дымовых га­зов. Эти газы, помимоазота и остатков кислорода, со­держат 2350 тдиоксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксидасеры, 9,34 т оксидов азота (в пересчете на ди­оксид) и 2 т летучей золы, не «пойманной» электро­фильтрами.
Сточные воды ТЭС иливневые стоки с их территорий, загрязненныеотходами технологических циклов энер­гоустановоки содержащие ванадий, никель, фтор, фе­нолы и нефтепродукты, при сбросе вводоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы. Изменение химического состава тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме ус­ловий обитания и сказывается на видовом составе и чис­ленности водных организмов и бактерий и в конечном счетеможет привести к нарушениям процессов само­очищения водоемов от загрязнений и кухудшению их санитарного состояния.
Представляетопасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразныминарушения­ми их состояния. ТЭСпроизводят энергию при помощи турбин, приводимыхв движение нагретым паром. При работе турбин необходимо охлаждать водой от­работанныйпар, поэтому от энергетической станции непрерывно отходит поток воды,подогретой обычно на 8-12 °С и сбрасываемойв водоем. Крупные ТЭС нуждаются вбольших объемах воды. Они сбрасыва­ютв подогретом состоянии 80-90 м3/с воды. Это оз­начает, что в водоемнепрерывно поступает мощный потоктеплой воды примерно такого масштаба, как река Москва.
Зонаподогрева, образующаяся в месте впадения теплой«реки», представляет собой своеобразный уча­стокводоема, в котором температура максимальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления отнее. Зоны подогрева крупных ТЭС занимают пло­щадьв несколько десятков квадратных километров. Зимой в зоне подогрева образуются полыньи (в се­верных и средних широтах). В летние месяцы тем­пературы в зонах подогрева зависят от естественнойтемпературы забираемой воды. Если в водоеме тем­пература воды 20 °С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С.
В результате повышения температур вводоеме и нарушения их естественного гидротермического ре­жима интенсифицируются процессы «цветения» воды, уменьшается способность газов растворяться вводе, меняются физические свойства воды, ускоряются все химические ибиологические процессы, протекающие вней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрач­ность воды, увеличивается рН, увеличиваетсяскорость разложения легкоокисляющихся веществ. Скорость фотосинтезав такой воде заметно понижается.
2.      Экологическиепроблемы гидроэнергетики
Важнейшая особенностьгидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами-их непрерывная возобновляемость.Отсутствие потребности в топливе дляГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнер­гии.Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значи­тельныеудельные капиталовложения на 1 кВт уста­новленноймощности и продолжительные сроки стро­ительства, придавалосьи придаётся большое значе­ние, особеннокогда это связано с размещением элек­троёмкихпроизводств [1].
Гидроэлектростанция —это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия пото­ка воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭСсостоит из последовательной цепигидротехнических сооружений,обеспечивающих необходимую концент­рациюпотока воды и создание напора, и энергетичес­кого оборудования, преобразующего энергию движу­щейся поднапором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь,преобразуется в электрическую энергию.
Несмотря наотносительную дешевизну энергии, получаемой за счетгидроресурсов, доля их в энерге­тическомбалансе постепенно уменьшается. Это свя­зано как с исчерпанием наиболее дешевыхресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнин­ных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии ГЭС не будет превы­шать 5% от общей.
Одной из важнейшихпричин уменьшения доли энер­гии, получаемой наГЭС, является мощное воздействие всех этапов строительства и эксплуатациигидросоору­жений на окружающую среду(табл. 3).
По данным разныхисследований, одним из важнейшихвоздействий гидроэнер­гетики на окружающуюсреду является отчуждение значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет ис­пользования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоп­леноне менее 6 млн га земель. На их месте уничтоже­ны естественные экосистемы.
Значительные площади земельвблизи водохрани­лищ испытывают подтоплениев 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 большихмасс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством во­дохранилищсвязано резкое нарушение гидрологичес­кого режима рек, свойственных имэкосистем и видо­вого состава гидробионтов.
Вводохранилищах 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 сине-зеленых. По этим причинам, а также вслед­ствие медленной обновляемостивод резко снижается их способность ксамоочищению.
Ухудшение качестваводы ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемостьрыбного стада, особенно поражаемостьгельминтами. Снижаются вку­совыекачества обитателей водной среды.
Нарушаются путимиграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волгаво многом потеряла свое значение какнерестилище для осетровых Каспияпосле строительства на ней каскада ГЭС.
В конечном счете,перекрытые водохранилищами речные системы изтранзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные.Кроме биогенных веществ здесь аккумулируютсятяжелые металлы, радиоактив­ные элементы и многиеядохимикаты с длительным периодом жизни.Продукты аккумуляции делают про­блематичнойвозможность использования территорий, занимаемыхводохранилищами, после их ликвидации.
Водохранилищаоказывают заметное влияние на ат­мосферныепроцессы. Например, в засушливых (арид­ных) районахиспарение с поверхности водохранилищ превышаетиспарение с равновеликой поверхности сушив десятки раз.

Таблица 3
Комплексное воздействие предприятий гидроэнергетики наокружающую среду
Технологический процесс
Влияние на элементы среды и живые системы
Примеры цепных реакций в биосфере
воздух
почвы и грунт
воды
Экосистемы и человек
1
2
3
4
5
6
Строительство ГЭС
Аэрозольное загрязнение продуктами разрушения почв, стройматериалами (особенно цементом); химическое – в небольших объемах в основном от работы техники, предприятий
Разрушение почв и грунтов на стройплощадках, подъездных путях, хозяйственных объектах и т.п.; перемещение больших масс грунтов, особенно при строительстве плотин и обустройстве водохранилищ
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 ®водохранилище ®накопление химических веществ плюс тепловое загрязнение ®зарастание водоема (цветение) ®обогащение органикой ®обескислороживание ®порча воды ®болезни рыб ®потеря пищевых или вкусовых свойств воды и продуктов промысла.
1
2
3
4
5
6
Работа ГЭС
Повышение влажности, понижение температур, туманы, местные ветры, часто неприятный запах от гниения органических остатков
То же, что и при затоплении, плюс многолетнее разрушение береговой линии (абразия), формирование новых типов почв в прибрежной зоне
Загрязнение в результате стоков с водосбросов и разложения больших масс органики, почв, растительных остатков, древесины и т.п., образование фенолов, усиленное прогревание мелководий, цветение, потеря кислорода, накопление тяжелых металлов, ила, радиоактивных и другиих веществ, порча воды
Формирование новых экосистем ( в основном луговых и болотных) в зоне подтопления, зарастание вод. Цветение, нарушение миграций рыб, смена более ценных видов рыб менее ценными, заболевания рыб. Потеря вкусовых качеств рыб. Увеличение вероятности заболеваний людей при купании.
Затопление
водохранилищ
Дополнительное испарение с чаши водохранилищ
Уход под воду плодородных пойменных земель (затопление), подъем грунтовых вод в прибрежной зоне (подтопление, заболачивание). В горных условиях такие явления выражены в меньшей степени.
Смена текущих вод на застойные, неизбежное загрязнение водохранилищ быстрорастворимыми 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 в зоне затопления), смена прибрежных экосистем. Неизбежное переселение людей из зоны затопления, социальные издержки.
Давление водных масс на ложе водохранилищ ®интенсификация сейсмических явлений

Сповышенным испарением связано понижение тем­пературы воздуха, увеличениетуманных явлений. Раз­личие тепловыхба