Энергетика и окружающая среда

Министерство Образования РФРеферат
по дисциплинеэкология:
«Энергетика иокружающая среда».
Выполнила: группа
                         Проверила:
Содержание:Введение________________________________________________________31.     
      1.1. Экологические проблемы тепловойэнергетики_________________4
      1.2. Экологические проблемыгидроэнергетики_____________________8
      1.3. Экологические проблемы ядерной энергетики__________________11
2.     Некоторые пути решения проблем современнойэнергетики__________13
Заключение______________________________________________________15
Список использованнойлитературы_________________________________16
Введение.
Производство энергии, являющееся необходимым средством длясуществования и развития человечества, оказывает воздействие на природу иокружающую человека среду. Содной стороны в быт и производственную деятельностьчеловека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и немыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиесянеисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше своевнимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологическичистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решениякомплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нуждчеловечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиски разработка новых альтернативных технологий для выработки тепло- иэлектроэнергии и т.д.
 
1. Проблемыэнергетики.
Современный период раз­вития человечества иногдахарактеризуют через три «Э»: энерге­тика, экономика, экология. Энергетика вэтом ряду занимает осо­бое место. Она является определяющей и для экономики, идля экологии. От нее в решающей мере зависит экономический потен­циалгосударств и благосостояние людей. Она же оказывает наи­более сильноевоздействие на окружающую среду, экосистемы и биосферу в целом. Самые острыеэкологические проблемы (изме­нение климата, кислотные осадки, всеобщеезагрязнение среды и другие) прямо или косвенно связаны с производством, либо сис­пользованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только вхимическом, но и в других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном,электромагнитном, радиоактивном. Поэтому не будет преувеличением сказать, чтоот решения энергетических проблем зависит возможность решения основныхэкологических проблем. Энергетика — это та отрасль производства, котораяразвивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в ус­ловияхсовременного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то впроизводстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. Притаком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженностьлавинообразно уве­личивается не только в суммарном выражении, но и в расчете надушу населения.
Нет основания ожидать, что темпы производства ипотребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся (неко­тороезамедление их в промышленно развитых странах компенси­руется ростомэнерговооруженности стран третьего мира), поэто­му важно получить ответы наследующие вопросы:
— какое влияние на биосферу и отдельные ее элементыоказыва­ют основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энер­гетики икак будет изменяться соотношение этих видов в энергети­ческом балансе вближайшей и отдаленной перспективе;
— можно ли уменьшить отрицательное воздействие насреду со­временных (традиционных) методов получения и использования энергии;
— каковы возможностипроизводства энергии за счет альтерна­тивных (нетрадиционных) ресурсов, такихкак энергия солнца, вет­ра, термальных вод и других источников, которыеотносятся к не­исчерпаемым и экологически чистым.
 В настоящеевремя энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видовэнергоресурсов: органического топ­лива, воды и атомного ядра. Энергия воды иатомная энергия ис­пользуются человеком после превращения ее в электрическую
энер­гию.В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическомтопливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается вэлектрическую. Однако и в том и в дру­гом случае высвобождение энергии изорганического топлива свя­зано с его сжиганием, а, следовательно, и споступлением продук­тов горения в окружающую среду. Познакомимся с основнымиэкологическими последстви­ями современных способов получения и использованияэнергии.
1.1. Экологические проблемы тепловой энергетики
За счет сжигания топлива (включая дрова и другиебиоре­сурсы) в настоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловыхисточников уменьшается до 80-85% в произ­водстве электроэнергии. При этом впромышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном дляобеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общемэнергобалансе страны составляла 44%, а в получении электроэнергии -только 3%.Для угля характер­на противоположная закономерность: при 22% в общем энерго­балансеон является основным в получении электроэнергии (52%). В Китае доля угля вполучении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающимисточником по­лучения электроэнергии является природный газ (около 40%), а надолю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает10%.
   В мировоммасштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5-6% электроэнергии (вРоссии 20,5%), атомная энергетика дает 17-18% электроэнергии. В России ее доляблизка к 12%, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балан­се(Франция — 74%, Бельгия -61%, Швеция — 45%).
Сжигание топлива — не только основной источникэнергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловыеэлектростанции в наибольшей степени «ответственны» за усилива­ющийся парниковыйэффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют ватмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО), около 50%двуокиси серы, 35% — окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, чтотепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивнымивеществами, чем АЭС такой же мощности.
В выбросах ТЭС содержится значительное количествометал­лов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годо­выхвыбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше100 млн. доз, железа-400 млн. доз, маг­ния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этихзагрязнителей не прояв­ляется только потому, что они попадают в организмы внезначи­тельных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательно­говлияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.
Можно считать, что тепловая энергетика оказываетотрицатель­ное влияние практически на все элементы среды, а также на чело­века,другие организмы и их сообщества. В обобщенном виде эти воздействияпредставлены в таблице 1.
Вместе с тем влияние энергетики на среду и ееобитателей 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 внастоящее время значительная доля электроэнергии производится за счетотносительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной являетсятенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносителипотеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесьуместно  вспомнить высказывание Д. И.Менделеева о недопустимости использования нефти как топлива: «нефть не топливо- топить можно и ассигнациями». Не исключена вероятность существенногоувеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам,запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии втечение 200-300 лет Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозныхзапасов, оценивается более чем в 7 триллионов тонн. При этом более 1/3 мировыхзапасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидатьувеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в полученииэнер­гии, а следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 додесятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата закисного железа игипса. Имеющиеся способы улавливания серы при сжига­нии топлива далеко невсегда используются из-за сложности и дорого­визны. Поэтому значительноеколичество ее поступает и, по-видимо­му, будет поступать в ближайшейперспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны ствердыми отхо­дами ТЭС — золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавли­ваетсяразличными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбро­сов ТЭС ежегоднопоступает около 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей. Последние способнызаметно изменять баланс солнеч­ной радиации у земной поверхности. Они жеявляются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков, а попадая ворга­ны дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторныезаболевания.
Таблица 1
Влияниетеплоэлекторостанций на окружающую среду и биоту
Техноло-
гический 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
-твёрдое: (угли, сланцы, торф и т.п.)
Транспор-тировка топлива
Работа электро-станций на твёрдом топливе
Работа электро-станций на жидком топливе
Углеводо-родное заг-рязнение при испаре-нии и утеч-ках
Пыль при взрывных и других ра-ботах, про-дукты горе-ния терри-конов и т.п.
Загрязне-ние при ис-парении жидкого топлива, потере газа, нефтью, пылью от твёрдого топлива
Основные поставщи-ки углекис-лого газа, сернистого ангидрида, оксилов азота, про-дуктов для кислых осадков, аэрозолей, сажи, заг-рязнение  радио-активными вещества-ми, тяже-лыми мета-ллами
То же, но в значитель-но мень-ших мас-штабах
 
Повреждение или уничто-жение почв при разведке и добыче
топлива, пе-редвижениях транспорта и т.п.; загрязнение нефтью, технически-ми химиката-ми, металлом и другими отходами
Разрушение почв и грун-тов при добы-че открыты-ми методами (карьеры), просадки рельефа, раз-рушение грунтов при шахтных ме-тодах добычи
Загрязнение при утечках, авриях, особенно нефтью
Разрушение и сильное заг-рязнение почв вблизи предприятий (техногенные пустыни), загрязнение тяжелыми металлами, радиоактив-ными вещест-вами, кислы-ми осадками; отчуждение земель под землеотвалы, другие отходы 
То же, но в значительно меньших масштабах
Загрязнение нефтью в резу-льтате утечек, особенно при авариях и до-бычах со дна водоёмов, заг-рязнение тех-нологическими химреагентами и другими от-ходами; разру-шение водоно-сных структур в грунтах, от-качка подзем-ных вод их сб-рос в водоёмы
Сильное нару-шение водо-носных струк-тур, откачка и сброс в водоё-мы шахтных, часто высоко-минерализиро-ванных, желе-зистых и дру-гих вод
Загрязнение нефтью в ре-зультате по-терь и при ава-риях
Тепловое заг-рязнение в результате сбросов подог-ретых вод, хи-мическое заг-рязнение через кислые осадки и сухое осаж-дение из атмо-сферы, загряз-нение продук-тами вымыва-ния биогентов и ядовитых ве-ществ (алюми-ний) из почв и грунтов
Тепловое заг-рязнение, как для твёрдого топлива, остальные в значительно меньших масштабах 
Разрушение и пов-реждение экосис-тем в местах до-бычи и при обуст-ройстве месторож-дений (дороги, ли-нии электропере-дач, водопроводы и т.п.), загрязне-ние при утечках и авариях, потеря продуктивности, ухудшение качест-ва продукции. Воздействие на человека в основ-ном через биопро-дукцию (особенно гидробионтов)
Разрушение эко-систем или их эле-ментов, особенно при открытых спо-собах добычи, снижение продук-тивности, воздей-ствие на биоту и человека через загрезненные воз-дух, воду и пищу. Высокая степень заболеваемости, травматизма и смертности при шахтных способах добычи
В основном через загрязнение вод и гидробионтов
Основной агент разрушения и ги-бели экосистем, особенно озер и хвойных лесов (обеднение видо-вого состава, сни-жение продуктив-ности, разрушение хлорофилла, вы-мывание биоге-нов, повреждение корней и т.п.). Эвтрофикация вод и их цветение. На человека через загрязнение возду-ха, воды, продук-тов питания, раз-рушение природы, строений, памят-ников и т.п.
То же, но в значи-тельно меньших масштабах     
Загрязнение почв
Загрязнение вод нефтью и хим-реагентами      гибель планктона и других групп организмов     снижение рыбо-продуктивности
Потеря потреби-тельских или вкусовых свой-ств воды и про-дуктов промысла
1. Загрязнение воздуха продук-тами горения     кислые осадки гибель лесов и экосистем озер нарушение кру-говоротов ве-ществ      антро-погенные
сукцессии
2. Тепловое заг-рязнение вод
 дефицит кисло-рода     эвтрофи-кация и цветение вод     усиление дефицита кисло-рода     превра-щение водных экосистем в
болотные
  
Выбросы ТЭС являются существенным источником такогосиль­ного канцерогенного вещества, как бензо(а)пирен. С его действи­ем связаноувеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся такжеокислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочнуюткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры.Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизиугольных ТЭС.
   Серьезнуюпроблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Для этоготребуются значительные территории, ко­торые долгое время не используются, атакже являются очагами накопления тяжелых металлов и повышеннойрадиоактивности.
   Имеются данные, что если бы вся сегодняшняяэнергетика ба­зировалась на угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн вгод (сейчас они близки к 6 млрд. т/год). Это тот предел, за кото­рым прогнозируютсятакие изменения климата, которые обусловят катастрофические последствия длябиосферы.
   ТЭС — существенный источник подогретых вод,которые исполь­зуются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попада­ют вреки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязне­ние и сопутствующиеему цепные природныереакции (размноже­ние водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превра­щениетипично водных экосистем в болотные и т. п.).
1.2. Экологические проблемы гидроэнергетики
Одно из важнейшихвоздействий гидроэнергетики связано с от­чуждением значительных площадейплодородных (пойменных) зе­мель под водохранилища. В России, где за счетиспользования гид­роресурсов производится не более 20% электрической энергии,при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель. На их местеуничтожены естественные экосистемы. Основные воздей­ствия ГЭС на среду,различные звенья экосистем и человека при­ведены в таблице2.
Значительные площади земельвблизи водохранилищ испытыва­ют подгопление в результате повышения уровнягрунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. Вравнин­ных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более отзатопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем про­исходит также врезультате их разрушения водой (абразии) при фор­мировании береговой линии.Абразионные процессы обычно продол­жаются десятилетиями, имеют следствиемпереработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ.
Таким образом, состроительством водохранилищ связано рез­кое нарушение гидрологического режимарек, свойственных им эко­систем и видового состава гидробионтов. Так, Волгапрактически на всем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в не­прерывнуюсистему водохранилищ.
Ухудшение качества воды вводохранилищах происходит по раз­личным причинам. В них резко увеличиваетсяколичество органи­ческих веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древе­сина,другие растительные остатки, гумус почв и т. п.), так и вслед­ствие их накопленияв результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторывеществ, поступающих с водосборов.
В водохранилищах резко усиливается прогревание вод,что ин­тенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обуслов­ливаемыетепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоп­лением биогенных веществ,создает условия для зарастания водо­емов и интенсивного развития водорослей, втом числе и ядовитых сине-зеленых (цианей). По этим причинам, а такжевследствие мед­ленной обновляемости вод резко снижается их способность к са­моочищению.Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастаетзаболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаютсявкусовые качества обитате­лей водной среды.
Нарушаются пути миграции рыб,идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряласвое значение как нерестилище для осетровых Каспия после строительства на нейкаскада ГЭС.
   В конечном счете перекрытыеводохранилищами речные систе­мы из транзитных превращаются втранзитно-аккумулятивные.
Таблица 2
Влияниегидроэнергетики на окружающую среду, экосистемы и человека
Техноло-
гический процесс
Влияние на элементы среды и биоту
Примеры цепных
реакций
почвы и грунты
воздух
воды
экосистемы и человека
1
2
3
4
5
6
Строите-
льство ГЭС 
Заполне-
ние водо-
хранилищ
Работа ГЭС
Разрушение почв и грунтов на стройплоща-
дках, подъезд-
ных путях, хо-
зяйственных
объектах и т.п.;
перемещение
больших масс
грунтов, особен-
но при строите-
льстве плотин и
обваловании
водохранилищ
Уход под воду
плодородных
пойменных зе-
мель (затопле-
ние), подъём грунтовых вод в
прибрежной зо-
не (подтопле
ние, заболачива-
ние). В горных условиях такие
явления выра-
жены в меньшей степени
То же, что и при затоплении, плюс  многолет-
Нее разрушение береговой линии (абразия), фор-мирование но-вых типов почв в прибрежной
зоне
Аэрозольное
загрязнение продуктами разрушения почв, стройма-
териалами (особенно це-
ментом);
химическое –
в небольших
объёмах в ос-
новном от ра-
боты техники,
предприятий,
стройматериалов
Дополнитель-
ное испарение с чаши водо-
хранилищ
Повышение влажности, понижение температур, туманы, мест-ные ветры, часто непри-ятный запах от гниения органических остатков
Некоторое
нарушение
режима и загрязнение в местах строительства (обвод-
ные каналы
и т.п.)
Смена теку-
щих вод на застойные, неизбежное загрязнение водохрани-
лищ быст-
рораство-
римыми или
взмучивае-
мыми веще-
ствами при заполнении чаши водо-
хранилищ и формирова-ния берегов
Загрязнение в результа-те стоков с водосбросов и разложе-
ния боль-ших масс органики почв, расти-тельных остатков, древесины и т.п., образо-вание фено-лов, накоп-ление био-генов и дру-гих веще-ств; усилен-ное прогре-вание, осо-бенно мел-ководий (тепловое загрязне-ние), эвтро-фикация, цветение, потеря кис-лорода, на-копление тяжелых металлов, ила, радио-активных и других ве-ществ, пор-ча воды   
Частичное
разрушение экосистем и их элементов (раститель-
ности почв), фактор беспо-
койства для животных, ин-
тенсивный
промысел и т.п. Влияние на человека в
основном через изменение
 среды и социальные факторы
Полное унич-
тожение сухо-
путных эко-
систем (сведе-ние лесов или  их гибель от подтопления, часто оставле-
ние всей био-
массы в зоне затопления), смена приб-
режных эко-
систем. Неиз-
бежное пере-селение людей из зоны затоп-
ления,
социальные издержки
Формирование новых экосис-тем (в основ-ном луговых и болотных) в зоне подтопле-ния, зараста-ние вод, цвете-ние; наруше-ние миграций рыб и других гидробионтов, смена более ценных видов менее ценны-ми; заболева-
ния рыб (гель-минты и дру-гие паразиты), забивание жа-берных щелей водорослями, разрушение нерестилищ и зимовальных ям. Потеря вку-совых качеств рыб. Увеличе-ние вероятнос-ти заболеваний людей при кон-такте с водны-ми массами (купание и т.п.) и продуктами промысла
Текущая вода
(река)     водохра-
нилище      на-копление хими-ческих веществ (эвтрофикация) плюс тепловое загрязнение
 зарастание водо-ёма (цветение)           обогащение орга-
никой     обескис-
лороживание   
превращение экосистемы транзитного ти-
па в аккумуляти-
вно-застойную
порча воды    бо-
лезни рыб    по-
теря пищевых или вкусовых
свойств воды и
продуктов промысла
Давление водных масс на ложе
водохранилищ
интенсификация сейсмических явлений
Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые ме­таллы,радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длитель­ным периодом жизни.Продукты аккумуляции делают проблема­тичным возможность использованиятерриторий, занимаемых во­дохранилищами, после их ликвидации. Имеются данные,что в ре­зультате заиления равнш мые водохранилища теряют свою ценность какэнергетические 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 сисчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостьюравнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производ­ствоэнергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.
Водохранилища оказывают заметное влияние наатмосферные процессы. Например, в засушливых (аридпых) районах, испарение споверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши вдесятки раз. Только с каскада Волжско-Камс-ких водохранилищ ежегодно испаряетсяоколо 6 км3. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления водыМосквой. С повышенным ис­парением связано понижение температуры воздуха,увеличение ту­манных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и при­легающейсуши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другиеявления имеют следствием смену эко­систем (не всегда положительную), изменениепогоды. В ряде слу­чаев в зоне водохранилищ приходится менять направлениесельско­го хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторыетеплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повы­шаетсязаболеваемость растений, ухудшается качество продукции.
Издержки гидростроительствадля среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики поплоща­ди. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища мо­гутпровоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений ивероятность катастроф в результате воз­можного разрушения плотин. Так, в 1960г. в Индии (штат Гун-жарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысячжизней людей.
1.3. Экологические проблемы ядерной энергетики
   Ядерная энергетика до недавнего временирассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительнобольши­ми запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. Кпреимуществам относится также возможность строитель­ства АЭС, не привязываясь кместорождениям ресурсов, посколь­ку их транспортировка не требует существенныхзатрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерноготоплива позволяет получать, столько же энергии, сколько сжигание 1000 тоннкаменного угля.
   До середины 80-х годов человечество вядерной энергетике ви­дело один из выходов из энергетического тупика. Только за20 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 рядестран она стала превалирующей. Ни один дру­гой вид энергетики не имел такихтемпов роста.
   До недавнего времени основные экологическиепроблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с лик­видациейсамих АЭС после окончания допустимых сроков эксплу­атации. Имеются данные, чтостоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимостисамих АЭС. Некото­рые параметры воздействия АЭС и ТЭС на среду представлены в таблице 3.
   Принормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элемен­тов в среду крайненезначительны. В среднем они в 2-4 раза мень­ше, чем от ТЭС одинаковоймощности.
   К маю 1986 г.400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии,увеличили природный фон радиоактив­ности не более чем на 0,02%. ДоЧернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не и