экологические аспекты энергетики

Оглавление Введение … 1. Экологические проблемы теплоэнергетики …2. Экологические проблемы гидроэнергетики … 3. Экологические проблемы ядерной энергетики ….4. Краткая экологическая характеристика нетрадиционных методов получения энергии…21 Заключение … 29 Литература … 31 Приложение… 32 Введение Одним из положений экологического аспекта стра¬тегии устойчивого развития, принятой в

Рио-де-Жа¬нейро в 1992 г является « постепенный переход от энергетики, основанной на сжигании органического топлива, к альтернативной энергетике, использующей возобновляемые источники энер-гии (солнце, воду, ве¬тер, энергию биомассы, подземное тепло и т. д.)». Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окру-жающую

среду, жизнь и здоровье населения. Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют собой источники неизбежного, по-тенциального, до настоящего времени практически количественно не учиты-ваемого риска для населения и окружающей среды. Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадле¬жат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу.

Отрицательные последствия воздействия энергети¬ки на окружающую среду следует ограничивать не¬которым минимальным уровнем, например со-циально приемлемым допустимым уровнем. Должны рабо¬тать экономические механизмы, реализующие комп¬ромисс между качеством среды обитания и со-циаль¬но-экономическими условиями жизни населения. Аналогичный круг вопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологической безо¬пасности

объектов теплоэнергетики: учет тепло-вого и химического воздействия на окружающую среду, вли¬яние водоемов-охладителей и т. п. Кроме того, для крупных ТЭС на твердом топливе (уголь, сланцы) воз¬никают проблемы надежной и безопасной эксплуата¬ции золоотва-лов - сложных и ответственных грун¬товых гидросооружений. Энергетика - основной движущий фактор разви¬тия всех отраслей про-мышленности, транспорта, ком¬мунального и сельского хозяйства, база повы-шения производительности труда и благосостояния населе¬ния.

У нее наиболее высокие темпы развития и масш¬табы производства. Доля участия энергетических пред¬приятий в загрязнении окружающей среды продук¬тами сгорания органи-ческих видов топлива, содержа¬щих вредные примеси, а также тепловыми от-ходами весьма значительна. В настоящей работе рассмотрено влияние на окружающую среду разных видов энергетики (теплоэнергетика, гидроэнергетика, ядерная энергетика), способы снижения выбросов и загрязнений от энергетических объектов,

а также приведена характеристика нетрадиционных методов получения энергии (ветроэнергетика, солнечная энергия, энергия термальных вод). 1. Экологические проблемы теплоэнергетики Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду во многом зависит от вида сжигаемого топлива. Твердое топливо. При сжигании твердого топлива в атмосферу по-ступают летучая зола с частицами не¬догоревшего топлива, сернистый и сер-ный ангидри¬ды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а

также газообразные продукты непол¬ного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых слу¬чаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе донецких антра¬цитов в незначительных коли-чествах содержится мы¬шьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений — свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Кан-ско-Ачинского бассейна — сво¬бодный оксид кальция.

Уголь - самое распространенное ископаемое топ¬ливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет. Кроме того, уголь рас¬пространен по всему миру более равномерно и он бо¬лее экономичен, чем нефть. Из угля можно получить синтетическое жидкое топливо. Метод по-лучения горючего путем переработ¬ки угля известен давно.

Однако слишком высокой была себестоимость такой продукции. Процесс про¬исходит при высоком давлении. У этого топлива есть одно неоспоримое преимущество — у него выше ок¬тановое число. Это означает, что экологически оно будет бо-лее чистым. Торф. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд от-рицательных последствий для ок¬ружающей среды, возникающих в результа-те добычи торфа в широких масштабах.

К ним, в частности, от¬носятся нару-шение режима водных систем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобы¬чи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухуд¬шение условий существования животных. Значитель¬ные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа. Жидкое топливо. При сжигании жидкого топлива (мазутов) с дымо-выми газами в атмосферный воздух по¬ступают:

сернистый и серный ангидри-ды, оксиды азо¬та, соединения ванадия, солей натрия, а также веще¬ства, уда-ляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более «гигие¬ничное». При этом полностью отпадает проблема золоот-валов, которые занимают значительные территории, исключают их полезное использование и являются ис¬точником постоянных загрязнений атмосферы в райо¬не станции из-за уноса части золы с ветрами. В продук¬тах сгорания жид-ких видов топлива отсутствует лету¬чая зола.

Природный газ. При сжигании природного газа су¬щественным загряз-нителем атмосферы являются ок¬сиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжига¬нии на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжи-гании угля. Это объясняется не свойства¬ми самого топлива, а особенностями процессов сжи¬гания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ни-же, чем при сжигании природного газа.

Та¬ким образом, природный газ яв-ляется наиболее эко¬логически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения. Комплексное влияние предприятий теплоэнергетики на биосферу в целом проиллюстрировано в табл. 1 (приложение). Таким образом, в качестве топлива на тепловых электростанциях ис-пользуют уголь, нефть и нефтепро¬дукты, природный газ и, реже, древесину и торф. Ос¬новными компонентами горючих материалов являют¬ся углерод,

во-дород и кислород, в меньших количе¬ствах содержится сера и азот, присутст-вуют также сле¬ды металлов и их соединений (чаще всего оксиды и суль¬фиды). В теплоэнергетике источником массированных атмос¬ферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предпри-ятия и установки паросилового хозяйства, т. е. любые предприятия, работа кото-рых связана со сжиганием топлива. Наряду с газообразными выбросами теплоэнергети¬ка производит огром-ные массы твердых отходов; к ним

относятся зола и шлаки. Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO2, 22-26% Аl2О3, 5-12% Fe2O3, 0,5-1% CaO, 4-4,5% К2О и Nа2О и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, дымят и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий. Жизнь на Земле возникла в условиях восстанови¬тельной атмосферы и только значительно позже, спус¬тя примерно 2 млрд лет, биосфера постепенно преобра¬зовала восстановительную атмосферу в

окислительную. При этом живое вещество предварительно вывело из атмосферы различные вещества, в частно-сти, углекис¬лый газ, образовав огромные залежи известняков и дру¬гих углеродо-содержащих соединений. Сейчас наша техногенная цивилизация сформирова¬ла мощный поток вос-становительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топ-лива в целях получения энергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год, в мире было со-жжено 450 млрд баррелей нефти,

90 млрд т угля, 11 трлн м3 газа (табл. 2). Таблица 2 Выбросы в 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 выброса занимает углекислый газ - порядка 1 млн т в пере-счете на углерод 1 Мт. Со сточ¬ными водами тепловой электростанции ежегодно уда¬ляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных час¬тиц. Зола электростанций часто содержит повы-шен¬ные концентрации тяжелых, редко земельных и ра¬диоактивных веществ. Для электростанции, работающей на угле, требует¬ся 3,6 млн т угля,

150 м3 воды и около 30 млрд м3 воздуха ежегодно. В приведенных цифрах не учте-ны нарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля. Если учесть, что подобная электростанция активно работает несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количест-ва разово, то электростанция дела¬ет это постоянно.

За десятки тысячелетий вул-каничес¬кая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно по¬влиять на состав атмосферы, а хозяйственная деятель¬ность человека за какие-то 100-200 лет обу-словила та¬кие изменения, причем в основном за счет сжигания ис¬копаемого топ-лива и выбросов парниковых газов раз¬рушенными и деформированными экоси-стемами. Коэффициент полезного действия энергетических ус¬тановок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую.

Полученная энер-гия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т. е. помимо химическо¬го в биосферу поступает тепловое загрязнение. Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные измене-ния, а другой — региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других от-раслях хозяйства, но все же энерге¬тика и сжигание ископаемого топлива

остают-ся источ¬ником основных глобальных загрязнителей. Они посту¬пают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосфе¬ры, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсут¬ствовали - хлорфторуглероды. Это глобальные за-г¬рязнители, имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвую-щие в разрушении озонового экрана стратосферы.

Таким образом, следует отметить, что на современ¬ном этапе тепловые элек-тростанции выбрасывают в ат¬мосферу около 20% от общего количества всех вред-ных отходов промышленности. Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения и на со¬стояние биосферы в целом. Наиболее вредны конденса¬ционные электрические станции, работающие на низ¬косортных видах топлива. Так, при сжигании на стан¬ции за 1 час 1060 т донецкого угля из топок котлов уда¬ляется 34,5 т шлака,

из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99% — 193,5 т золы, а через тру¬бы в атмосферу выбрасывается 10 млн м3 ды-мовых га¬зов. Эти газы, помимо азота и остатков кислорода, со¬держат 2350 т ди-оксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксида серы, 9,34 т оксидов азота (в пе-ресчете на ди¬оксид) и 2 т летучей золы, не «пойманной» электро¬фильтрами. Сточные воды ТЭС и ливневые стоки с их территорий, загрязненные отхода-ми технологических циклов энер¬гоустановок

и содержащие ванадий, никель, фтор, фе¬нолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы. Изменение химического состава тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме ус¬ловий обитания и сказывается на видовом составе и чис¬ленности водных организмов и бактерий и в конечном счете может привести к нарушениям процессов само¬очищения водо-емов от загрязнений и к ухудшению их санитарного состояния. Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение

водоемов с многообразными нарушения¬ми их состояния. ТЭС производят энергию при по-мощи турбин, приводимых в движение нагретым паром. При работе турбин не-обходимо охлаждать водой от¬работанный пар, поэтому от энергетической стан-ции непрерывно отходит поток воды, подогретой обычно на 8-12 °С и сбрасы-ваемой в водоем. Крупные ТЭС нуждаются в больших объемах воды. Они сбра-сыва¬ют в подогретом состоянии 80-90 м3/с воды.

Это оз¬начает, что в водоем не-прерывно поступает мощный поток теплой воды примерно такого масштаба, как река Москва. Зона подогрева, образующаяся в месте впадения теплой «реки», пред-ставляет собой своеобразный уча¬сток водоема, в котором температура макси-мальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее. Зоны по-догрева крупных ТЭС занимают пло¬щадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в зоне подогрева образуются полыньи (в се¬верных и сред-них широтах).

В летние месяцы тем¬пературы в зонах подогрева зависят от ес-тественной температуры забираемой воды. Если в водоеме тем¬пература воды 20 °С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С. В результате повышения температур в водоеме и нарушения их естест-венного гидротермического ре¬жима интенсифицируются процессы «цветения» воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются физиче-ские свойства воды, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней, и

т. д. В зоне подогрева снижается прозрач¬ность воды, увеличивается рН, увеличивается скорость разложения легко окисляющихся веществ. Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается. 2. Экологические проблемы гидроэнергетики Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость. От-сутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вы-рабатываемой на

ГЭС электроэнер¬гии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значи¬тельные удельные капиталовложения на 1 кВт уста¬новленной мощности и продолжительные сроки стро¬ительства, придавалось и придаётся большое зна-че¬ние, особенно когда это связано с размещением элек¬троёмких производств. Гидроэлектростанция — это комплекс сооружений и оборудования, по-средством которых энергия пото¬ка воды преобразуется в электрическую энер-гию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений,

обеспечивающих необходимую концент¬рацию потока воды и создание напора, и энергетичес¬кого оборудования, преобразующего энергию движу¬щейся под на-пором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, пре-образуется в электрическую энергию. Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энерге¬тическом балансе постепенно уменьшается. Это свя¬зано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой терри-ториальной емкостью

равнин¬ных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии ГЭС не будет превы¬шать 5% от общей. Одной из важнейших причин уменьшения доли энер¬гии, получаемой на ГЭС, является мощное воздействие всех этапов строительства и эксплуатации гидросоору¬жений на окружающую среду (табл. 3). По данным разных исследований, одним из важнейших воздействий гид-роэнер¬гетики на окружающую среду является отчуждение значительных пло-щадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища.

В России, где за счет ис¬пользования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоп¬лено не менее 6 млн га земель. На их месте уничтоже¬ны естественные экосистемы. Значительные площади земель вблизи водохрани¬лищ испытывают под-топление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как пра-вило, пере¬ходят в категорию заболоченных.

В равнинных усло¬виях подтоп-ленные земли могут составлять 10% и бо¬лее от затопленных. Уничтожение зе-мель и свойствен¬ных им экосистем происходит также в результате их разру-шения водой (абразии) при формировании бере¬говой линии. Абразионные про-цессы обычно продолжа¬ются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством во¬дохранилищ связано резкое нарушение гидро-логичес¬кого режима рек,

свойственных им экосистем и видо¬вого состава гид-робионтов. В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифи-цирует потерю ими кислорода и дру¬гие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнени¬ем. Последнее, совместно с накоплением биогенных ве¬ществ, созда-ет условия для зарастания водоемов и ин¬тенсивного развития водорослей, в том числе и ядови¬тых сине-зеленых. По этим причинам, а также вслед¬ствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность

к самоочище-нию. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрас-тает заболеваемость рыбного стада, особенно поражаемость гельминтами. Снижаются вку¬совые 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, радиоактив¬ные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуля-ции делают про¬блематичной возможность использования территорий, зани-маемых водохранилищами, после их ликвидации.

Водохранилища оказывают заметное влияние на ат¬мосферные процес-сы. Например, в засушливых (арид¬ных) районах испарение с поверхности во-дохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в де-сятки раз. С повышенным испарением связано понижение тем¬пературы воздуха, увеличение туманных явлений. Раз¬личие тепловых балансов водохранилищ и прилегаю¬щей суши обусловливает формирование местных вет¬ров типа бри-зов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем

(не все-гда положитель¬ную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохра¬нилищ приходится менять направление сельского хо¬зяйства. Например в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не ус¬певают вызревать, повышается заболеваемость расте¬ний, ухудшается качест-во продукции. Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмо-опасных горных районах водохранилища могут провоцировать земле¬трясения.

Увеличивается вероятность оползневых яв¬лений и вероятность ка-тастроф в результате возможно¬го разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей. В силу специфики технологии использования водной энергии гидро-энергетические объекты преобразуют природные процессы на весьма дли-тельные сроки. На¬пример водохранилище ГЭС (или система водохрани¬лищ в случае каскада ГЭС) может существовать десятки и сотни лет, при этом

на мес-те естественного водо¬тока возникает техногенный объект с искусственным регу-лированием природных процессов - природно-техническая система (ПТС). В данном случае задача сводится к формированию такой ПТС, которая обес¬печивала бы надежное и экологически безопасное фор¬мирование комплекса. При этом соотношение между основными подсистемами ПТС (техногенным объек¬том и природной средой) может быть существенно различным в зависимости от выбранных

приорите¬тов - технических, экологических, социально-эко¬номических и др а принцип экологической безо¬пасности может формулиро-ваться, например, как под¬держание некоторого устойчивого состояния созда¬ваемой ПТС. Эффективным способом уменьшения затопления тер¬риторий является уве-личение количества ГЭС в каска¬де с уменьшением на каждой ступени напора и, следо¬вательно, зеркала водохранилищ. Несмотря на сниже¬ние энергетических показателей и уменьшение регули¬рующих возможностей возрастания

стоимости, низко¬напорные гидроузлы, обеспечивающие минимальные затопления земель, лежат в основе всех современных разработок. Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой каче-ства водной среды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологиче-скими процессами производства электроэнергии на ГЭС (объе¬мы загрязнений, по-ступающие со сточными водами ГЭС, составляют ничтожно малую долю в общей массе загрязнений хозяйственного комплекса), а низкое ка¬чество

санитарно-технических работ при создании во¬дохранилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты. В водохранилищах задерживается большая часть пи¬тательных веществ, приносимых реками. В теплую по¬году водоросли способны массами размножать-ся в поверхностных слоях обогащенного питательными веще¬ствами, или эвтроф-ного, водохранилища. В ходе фото¬синтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода.

От-мершие водоросли придают воде непри¬ятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, «цветение» водорослей в неглу¬боких заболоченных водохранили-щах стран СНГ дела¬ет их воду непригодной ни для промышленного использова-ния, ни для хозяйственных нужд. В первые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много разложившейся растительности, а «новый» грунт может резко снизить уровень кисло¬рода в воде.

Гниение органических веществ может при¬вести к выделению огромного количества парниковых газов — метана и двуокиси углерода. Водохранилища часто «созревают» десятилетиями или дольше, а в тропи-ках этот процесс длится столети¬ями — пока разложится большая часть всей ор-ганики. Рассматривая воздействие ГЭС на окружающую сре¬ду, следует все же от-метить жизнесберегающую фун¬кцию ГЭС. Так, выработка каждого млрд кВтч элект¬роэнергии на

ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населе-ния на 100-226 чел./год. 3. Проблемы ядерной энергетики Ядерная энергетика в настоящее время может рассматриваться как наи-более перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимущест-вам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к ме-сторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует сущест-венных

затрат в связи с малыми объемами. До¬статочно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива по¬зволяет получать столько же энергии, сколько сжи¬гание 1000 т каменного угля. Известно, что процессы, лежащие в основе получе¬ния энергии на АЭС — реакции деления атомных ядер — гораздо более опасны, чем, например, процес-сы горе¬ния. Именно поэтому ядерная энергетика впервые в ис¬тории развития промышленности при получении энер¬гии

реализует принцип максимальной безопасности при наибольшей возможной производительности. Многолетний опыт эксплуатации АЭС во всех стра¬нах показывает, что они не оказывают заметного вли¬яния на окружающую среду. К 1998 г. сред-нее время эксплуатации АЭС составило 20 лет. Надежность, бе¬зопасность и экономическая эффективность атомных электростанций опирается не только на жесткую регламентацию процесса функционирования

АЭС, но и на сведе-ние до абсолютного минимума влияния АЭС на ок¬ружающую среду. В табл. 4 представлены сравнительные данные АЭС и ТЭС по расходу топлива и загрязнению окружающей среды за год при мощности по 1000 МВт. Таблица 3 Расход топлива и загрязнение окружающей среды Факторы воздействия на среду ТЭС АЭС Топливо 3,5 млн. т. угля 1,5 т урана или 1000 т. урановой руды

Отходы: Углекислый газ Сернистый ангидрид и др. соед. Зола Радиоактивные 10 млн. т. 400 тыс. т. 100 тыс. т. — — — — 2 т. При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в окру-жающую среду крайне незначительны. В среднем, они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности. К маю 1986 г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили при¬родный

фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране ника¬кая отрасль произ-водства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то не по радиационным при¬чинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную эко¬логическую опасность АЭС стали связывать с возмож¬ностью аварии. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она не исключается.

К наиболее крупным авариям такого плана относится авария, слу¬чившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС. По различным данным, суммарный выброс продук¬тов деления от содер-жащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения не-обходимо отметить, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г ра-диоактивного вещества. В результате аварии на Чернобыльской АЭС радио¬активному загрязнению подверглась территория в ра¬диусе

более 2 тыс. км, охватившая более 20 госу-дарств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн человек. Общая площадь загрязнен¬ных территорий превышает 8 млн га, или 80 0000 км2. В России наиболее значительно пострадали Брянская, Калужская, Тульская и Орловская области. Пятна заг¬рязнений имеются в

Белгородской, Ря-занской, Смолен¬ской, Ленинградской и других областях. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лу-чевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. Число жертв и количество эвакуиро-ванных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате пе-ремеще¬ния радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п.

Последствия аварии будут сказы¬ваться на жизни нескольких поколений. После Чернобыльской аварии во многих государствах по требованию обще-ственности были временно прекра¬щены или свернуты программы строительства АЭС, однако атомная энергетика продолжала развиваться в 32 странах. Сейчас дискуссии по вопросам приемлемости или неприемлемости ядер-ной энергетики пошли на спад, стало понятно, что мир не может вновь погру-зиться во тьму или смириться с крайне опасным воздействи¬ем на

атмосферу двуокиси углерода и прочих вред¬ных для человека продуктов горения органи-ческого топлива. Уже в течение 1990 года 10 новых АЭС были подключены к электрическим сетям. Строительство АЭС не останавливается: по состоя-нию на конец 1999 г. в мире в эксплуатации находилось 436 энер¬гоблоков АЭС по сравнению с 434, зарегистрирован¬ными в 1998 г. Общая электрическая мощность рабо¬тающих в мире энергоблоков около 335

ГВт (1 ГВт = 1000 МВт = 109 Вт). Действующие атомные электро¬станции обеспечивают покрытие 7% ми-ровых потреб¬ностей в энергии, а их доля в мировом производстве электриче-ской энергии составляет 17%. Только в Западной Европе атомные электростан-ции вырабатыва¬ют в среднем около 50% всей электроэнергии. Если сейчас заменить все действующие в мире атом¬ные электростанции на тепловые, мировой экономи¬ке, всей нашей планете и каждому человеку в от-дельности был бы нанесен непоправимый ущерб.

Этот вывод основан на том факте, что получение энергии на АЭС одновременно предотвращает ежегод-ный выброс в атмосферу Земли до 2300 млн т двуокиси углерода, 80 млн т ди-оксида серы и 35 млн т окси¬дов азота за счет уменьшения количества сжи-гаемо¬го органического топлива на тепловых электростан¬циях. Кроме того, сгорая, органическое топливо (уголь, нефть) выбрасывает в атмосферу огром-ное ко¬личество

радиоактивных веществ, содержащих, в ос¬новном, изотопы ра-дия с периодом полураспада око¬ло 1600 лет! Извлечь все эти опасные вещест-ва из атмосферы и обезопасить от их воздействия населе¬ние Земли в этом слу-чае не представлялось бы воз¬можным. Вот лишь один конкретный пример. Зак¬рытие в Швеции атомной станции Барсебек-1 приве¬ло к тому, что Швеция впервые за последние 30 лет стала импортировать электроэнергию

из Дании. Эко¬логические последствия этого таковы: на угольных электростанциях Да-нии было сожжено дополнитель¬но почти 350 тыс. т угля из России и Польши, что привело к росту выбросов двуокиси углерода на 4 млн т (!) в год и значительному увеличению количества выпадающих кислотных дождей во всей юж¬ной части Швеции. Строительство АЭС осуществляют на расстоянии 30-35 км от крупных горо-дов.

Участок должен хорошо про¬ветриваться, во время паводка не затопляться. Вокруг АЭС предусматривают место для санитарно-защитной зоны, в которой за-прещается проживание населения. В РФ в настоящее время эксплуатируется 29 энергоблоков на девяти АЭС общей установленной электрической мощностью 21,24 ГВт. В 1995-1998 гг. на АЭС в России вырабатывалось более 13% всего производства электроэнергии в стра¬не,

сейчас - 14,4%. По суммарной установленной мощности АЭС Россия за-нимает пятое место после США, Франции, Японии и Германии. В настоящее время более 100 млрд кВт*ч, вы¬рабатываемые ядерными энергоблоками страны, вно¬сят значительный и необходимый вклад в энергообес¬печение ее европейской части — 22% всей произво¬димой электроэнергии. Производимая на АЭС элект¬роэнергия более чем на 30% дешевле, чем на тепло¬вых электростанциях,

ис-пользующих органическое топливо. Безопасность действующих АЭС является одной из главнейших задач рос-сийской атомной энергетики. Все планы строительства, реконструкции и модер-низации атомных электростанций России реализуются только с учетом совре-менных требований и нормативов. Иссле¬дование состояния основного оборудова-ния действую¬щих российских

АЭС показало, что продление сроков его службы, по крайней мере, еще на 5-10 лет вполне возможно. Причем, благодаря проведе-нию соответству¬ющего комплекса работ по каждому энергоблоку, с со¬хранением высокого уровня безопасности. Для обеспечения дальнейшего развития атомной энер¬гетики в России в 1998 г. принята «Программа разви¬тия атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2000 гг. и на период до 2010 г.».

В ней отмечено, что в 1999 г. АЭС России выработали на 16% больше энергии, чем в 1998 г. Для производства этого коли-чества энергии на ТЭС потре¬бовалось бы 36 млрд м3 газа стоимостью 2,5 млрд долл в экспортных ценах. На 90% рост потребления энер¬гии в стране был обес-печен за счет ее выработки на атомных электростанциях. Оценивая перспективы развития мировой атомной энергетики, большин-ство авторитетных международ¬ных организаций, связанных с исследованием глобаль¬ных топливно-энергетических проблем, предполагает,

что после 2010-2020 гг. в мире вновь возрастет потреб¬ность в широком строительстве АЭС. По реалистичес¬кому варианту, прогнозируется, что в середине XXI в. около 50 стран будут располагать атомной энергетикой. При этом общая установленная электрическая мощ¬ность АЭС в мире к 2020 г. возрастет почти вдвое — до¬стигнет 570

ГВт, а к 2050 — 1100 ГВт 4. Краткая экологическая характеристика нетрадиционных методов получения энергии Как сказано выше, в настоящее время основные энергоресурсы, за счет которых обеспечиваются энер¬гетические потребности человечества, это: орга-ничес¬кое топливо, вода, энергия деления атомного ядра. Одновременно с решением задач уменьшения воз¬действия на среду традиционных методов получения энергии наука и производство изучают возможности получения энергии за счет альтернативных (нетради¬ционных)

ресурсов, таких, как энергия ветра, солн¬ца, геотермальная и энергия волн и других источни¬ков, которые относятся к неисчерпаемым и экологи¬чески чистым. Ниже будут приведены некоторые имеющиеся сведения о влиянии нетрадиционных методов получения энергии на окружающую среду. Ветроэнергетика Является наиболее древним источником энергии. В течение нескольких столетий ветер использовал¬ся на мельницах, пилорамах, в системах подачи воды

к местам потребления и т. п. Они же исполь¬зовались и для получения электрической энергии, хотя доля ветра в этом отношении оставалась край¬не незначительной. Интерес к использованию ветра для получения электроэнергии оживил-ся в последние годы. К на¬стоящему времени испытаны ветродвигатели различ¬ной мощности, вплоть до гигантских. Сделаны вы¬воды, что в районах с интен-сивным движением воз¬духа ветроустановки вполне могут обеспечивать

энер¬гией местные потребности. Оправдано использование ветротурбин для обслу-живания отдельных объектов (жилых домов, неэнергоемких производств и т. п.). Вместе с тем, стало очевидным, что гигантские вет¬роустановки пока не оп-равдывают себя вследствие дороговизны сооружений, сильных вибраций, шу-мов, быстрого выхода из строя. Более экономичны комп¬лексы из небольших ветротурбин, объединяемых в одну систему. Первая в нашей стране ветровая электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. под

Курском по проекту инженеров А.Г. Уфимцева и В.П. Ветчинкина. Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС мощ-ностью 100 кВт, которая была по тем временам самой крупной ВЭС в мире. Она ус¬пешно проработала до 1942 г но во время войны была разрушена. Значительные успехи в создании ВЭС были дос¬тигнуты за рубежом. Во многих странах Западной Европы построено довольно много установок по 100-200 кВт.

Во Франции, Дании и в некоторых других странах были введены в строй ВЭС с номинальными мощностями свыше 1 МВт. Одна из наиболее известных установок этого клас¬са «Гровиан» была соз-дана в Германии, ее номи¬нальная мощность — 3 МВт. Но самое широкое раз¬витие ветроэнергетика получила в США. Еще в 1941 г. там была построена первая ВЭС мощностью 1250 кВт, а сейчас общая мощность всех

ВЭС в этой стране достигает 1300 МВт, причем среди них есть гиганты с мощностью до 4 МВт. Сегодня в некото¬рых промышленно развитых странах установленная мощность ВЭУ достигает заметных значений. Так, в США установлено более 1,5 млн кВт ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3% потребляемой страной энергии; велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Ве-ликобритании и Германии.

При том нет никаких расходов на утилизацию от-ра¬ботанного топлива и нет загрязнения окружающей среды. Однако ветровые источники энергии оказывают спе¬цифическое воздействие на окружающую среду, требу¬ют огромных площадей. Известно, что к работающему ветряку близко подхо¬дить нежелательно, и притом с любой стороны, так как при изменениях направления ветра направле-ние оси ротора тоже изменяется. Ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, так как они могут соз-давать взаимные помехи в рабо¬те,

«отнимая ветер» один у другого. Минимальное рас¬стояние между ветряками должно быть не менее их ут¬роенной высоты. Работающие ветродвигатели создают значительный шум, генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые коле-бания с частотами ниже 16 Гц. Ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жиз-ни, а при большом их скопле¬нии на одной площадке могут существенно иска-зить естественное движение воздушных потоков с непред¬сказуемыми

последст-виями. Во многих странах, в том числе в Ирландии, Англии и других, жители не-однок¬ратно выражали протесты против размещения ВЭС вблизи населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий, а в условиях густо населенной Европы это означает везде. Было выдвинуто предложение о размещении сис¬тем ветряков в открытом море. Так, в Швеции разра¬ботан проект, согласно которому предполагается в

Бал¬тийском море недалеко от берега установить 300 вет¬ряков. На их башнях высотой 90 м будут вращаться двухлопастные пропеллеры с размахом лопастей 80 м. Стоимость строительства только первой сотни таких гигантов потребуется более 1 млрд долл, а вся систе¬ма, на строительство которой уйдет минимум 20 лет, обеспечит производство всего 2% электроэнергии от уровня потребления в Швеции в настоящее время. Это пока проектируется, но в настоящее время в

Швеции начато строительство одной ВЭС мощностью 200 кВт на расстоянии 250 м от берега, которая будет переда¬вать энергию на землю по подводному ка-белю. Ана¬логичные проекты были и у нас: предлагали устанав¬ливать ветряки и на акватории Финского залива, и на Арабатской стрелке в Крыму. Помимо сложности и дороговизны подобных проектов, их реализация создала бы серь-езные помехи судоходству, рыболов¬ству, а также оказала бы все те же вредные

экологи¬ческие воздействия, о которых говорилось ранее. По¬этому и эти планы вызывают движения протеста. Например, шведские рыбаки потребовали пере-смотра проекта строящейся в море ВЭС, так как, по их мнению, подводный ка-бель, да и сама станция будут пло¬хо влиять на рыб, в частности, на угрей, миг-рирую¬щих в тех местах вдоль берега. Неприятным побочным эффектом использования ветряков для сторон-ников экологически чистого хо¬зяйства

оказались биологические последствия. Союзы охраны природы отмечают, что многие перелетные птицы вынуждены менять свои маршруты, избегая ветряных парков — мельницы отпугивают птиц. В ряде случаев положение сложилось настолько серьез¬ное, что местные экологи вынуждены были поставить вопрос о временном закрытии установок или о пере¬воде их на более гибкий режим работы с учетом се¬зонных перемеще-ний птиц. Использование энергии солнца Солнечная энергия обладает неоспоримыми преиму¬ществами

перед тради-ционными органическим и ядер¬ным горючим. Это исключительно чистый вид энер¬гии, который не загрязняет окружающую среду, а само ее использование не связано ни с какой биологической опасностью. Использование солнечной энер-гии в боль¬ших масштабах не нарушает сложившегося в эволю¬ции энергетиче-ского баланса нашей планеты. Это практически неисчерпаемый источник энергии. Ее можно использо-вать прямо (посредством улавлива¬ния

техническими устройствами) или опосре-дованно через продукты фотосинтеза, круговорот воды, движе¬ние воздушных масс и другие процессы, которые обус¬ловливаются солнечными явлениями. Использование солнечного тепла - наиболее про¬стой и дешевый путь ре-шения отдельных энергети¬ческих проблем. Подсчитано, что в США для обогре¬ва помещений и горячего водоснабжения расходуется около 25% производимой в стране энергии. В север¬ных странах, в том числе и в

России, эта доля заметно выше. Между тем, значительная доля тепла, необ¬ходимого для этих целей, мо-жет быть получена по¬средством улавливания энергии солнечных лучей. Эти воз-можности тем значительнее, чем больше прямой сол¬нечной радиации поступает на поверхность Земли. Отопление и горячее водоснабжение как низкотем¬пературные процессы преобразования солнечной энер¬гии в теплоту могут быть осуществлены сравни-тель¬но простыми техническими средствами.

Солнечные водонагреватели начи-нают использоваться для целей тепло- и горячего водоснабжения индивидуаль-ных по¬требителей в южных климатических зонах. Наиболее распространено улавливание солнечной энергии посредством различного вида коллекторов. В простейшем виде это темного цвета поверхно-сти для улавливания тепла и приспособления для его накоп¬ления и удержания. Оба блока могут представлять единое целое. Коллекторы помещаются в про-зрачную камеру, которая действует

по принципу парника. Име¬ются также уст-ройства для уменьшения рассеивания энергии (хорошая изоляция) и ее отведе-ния, напри¬мер, потоками воздуха или воды. Еще более просты нагревательные системы пассив¬ного типа. Циркуляция теплоносителей здесь осуще¬ствляется в результате конвекционных токов: на-гре¬тый воздух или вода поднимается вверх, а их место занимают более охлаж-денные теплоносители.

При¬мером такой системы может служить помещение с обширными окнами, обращенными к солнцу, и хо¬рошими изоляционными свойствами материалов, спо¬собными длительно удерживать тепло. Для умень¬шения перегрева днем и теплоотдачи ночью исполь¬зуются шторы, жалюзи, козырьки и другие защит¬ные приспособления. В данном случае проблема наи¬более рационального использования солнечной энер¬гии решается через пра-вильное проектирование зда¬ний. Некоторое удорожание строительства пере-крывается эффектом

использования дешевой и идеально чистой энергии. Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посредст-вом использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в элект¬рический ток без всяких дополнительных устройств. Солнечная энергия - практически неограниченный источник, мощность которого на поверхности Земли оценивается в 20 млрд кВт. Годовой поток солнечной энергии на Землю эквивалентен 1,2- 10й т условного топлива.

Для сравнения можно указать, что мировые запасы органического топлива равняются всего 6 • 1012 т услов-ного топлива. Крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электро-станциях имеет определенные труд¬ности, поскольку источник солнечной энергии отлича¬ется низкой плотностью. Поэтому площадь для сбора солнечной энергии и ее концентрации на оптических системах доходит до нескольких десятков квадратных километров. Из-за большой стоимости единицы по¬верхности моду-лей концентратов создание

мощных СЭС требует значительных затрат. Энергия воды, океанических и термальных вод Энергия, выделяемая при волновом движении масс воды в океане, действи-тельно огромна. Средняя волна высотой 3 м несет примерно 90 кВт энергии на 1 м2 побережья. Однако практическая реализация данной энергии вызывает большие сложности. В настоящее время эта энергия используется в незначи-тельном ко¬личестве из-за высокой себестоимости

ее получения. Недостаточно до настоящего времени используют¬ся энергетические ре-сурсы средних и малых рек (дли¬на от 10 до 200 км). Только в России таких рек име¬ется более 150 тысяч. В прошлом именно малые и средние реки являлись важнейшим источником по¬лучения энергии. Небольшие плотины на реках не столько нарушают, сколько оптимизируют гидроло¬гический режим рек и при-лежащих территорий. Их можно рассматривать как пример экологически обус¬ловленного природопользования,

мягкого вмешатель¬ства в природные процес-сы. Водохранилища, созда¬вавшиеся на малых реках, обычно не выходили за пределы русел. Такие водохранилища гасят колеба¬ния воды в реках и стаби-лизируют уровни грунто¬вых вод под прилежащими пойменными землями. Это благоприятно сказывается на продуктивности и устойчивости как вод-ных, так и пойменных эко¬систем. Имеются расчеты, что на мелких и средних реках можно получать не меньше энергии, чем ее получают на

современных крупных ГЭС. В настоящее время име¬ются турбины, позволяющие получать энергию, ис¬пользуя естествен-ное течение рек без строительства плотин. Такие турбины легко монтируются на реках и при необходимости перемещаются в другие места. Хотя стоимость получаемой на таких установках энер¬гии заметно выше, чем на крупных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесообразным ее получение.

Несравнимо более реальны возможности использо¬вания геотермальных ресурсов. В данном случае ис¬точником тепла являются разогретые воды, содер-жа¬щиеся в недрах земли. В отдельных районах такие воды изливаются на по-верхность в виде гейзеров (на¬пример, на Камчатке)! Геотермальная энергия мо-жет использоваться как в виде тепловой, так и для полу¬чения электричества. Ведутся также опыты по использованию тепла, содер¬жащегося в твердых структурах земной коры.

Такое тепло из недр извлекается посредством закачки воды, которую затем используют так же, как и другие тер¬мальные воды. Уже в настоящее время отдельные города или пред¬приятия обеспечиваются энергией геотермальных вод. Это, в частности, относится к столице Исландии — Рейкьявику. В начале 80-х годов в мире производилось на геотермальных элек-тростанциях около 5000 МВт элек¬троэнергии (примерно 5 АЭС). В России значи-тельные ресурсы геотермальных вод имеются на

Камчатке, но используются они пока в небольшом объеме. В бывшем СССР за счет этого вида ресурсов произво-дилось толь¬ко около 20 МВт электроэнергии. Достоинства использования глубинного тепла земли очевидны. ГеоТЭС может функционировать десятки лет, используя практически неугасаемые те-пловые котлы. Себестоимость электроэнергии, получаемой таким образом, не-смотря на значительные первона¬чальные затраты,

вполне сравнима с той, кото-рую мы имеем на тепловых и атомных электростанциях. Кро¬ме того, ГеоТЭС не наносит урона экологии, не заг¬рязняет выбросами окружающую среду. Использование тепла земных недр весьма перспек¬тивно с позиций охраны окружающей среды. В настоя¬щее время во многих странах мира для выработки электроэнергии и отопления зданий, подогрева теп¬лиц и парников использует-ся тепло горячих источни¬ков.

Речь идет об огромных резервах экологически чистой тепловой энергии, о возможности с большим экономическим эффектом заменить до 1,5 млн т орга¬нического топлива в важнейших отраслях, включая сельское и коммунальное хозяйства. Геотермальные электростанции по компоновке, обо¬рудованию, эксплуата-ции мало отличаются от тради¬ционных ТЭС и практически не вызывают эколо-гичес¬ких последствий. Температура месторождений геотер¬мальных вод Камчат-ки доходит до 257°С, глубина за¬легания -

1200 м. Выявленные в этом районе теп-ловые ресурсы могли бы обеспечить работу геотермальных электростанций об-щей мощностью 350-500 МВт. Сравнительные характеристики экономической эф¬фективности нетради-ционных энергоисточников при¬водятся в таблице 5. Таблица 4 Сравнительная характеристика различных способов получения энергии Тип электростанции Удельный съем энергии с единицы пло-щади занимаемой земли (Вт/м2)

Удельные капиталовложения (отн. ед.) Ветровая 0,4 4,5 Солнечная 30 3 Геотермальная 4 3 Атомная 1300 1 Заключение На основании вышеизложенного можно сделать следующие вы-воды: 1. На современ¬ном этапе тепловые электростанции выбрасывают в ат¬мосферу около 20% от общего количества всех вредных отходов. Они сущест-венно влияют на окружающую среду района их расположения и на со¬стояние

биосферы в целом. Наиболее вредны конденса¬ционные электрические станции, работающие на низ¬косортных видах топлива. 2. Одним из важнейших воздействий гидроэнер¬гетики на окружающую среду является отчуждение значительных площадей плодородных земель под водохранилища. В России, где за счет ис¬пользования гидроресурсов про-изводится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС зато-п¬лено не менее 6 млн га земель.

На их месте уничтоже¬ны естественные эко-системы. Однако ГЭС обладает жизнесберегающей фун¬кцией - выработка ка-ждого млрд кВтч элект¬роэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел./год. 3. Ядерная энергетика в настоящее время может рассматриваться как наиболее перспективная. Надежность, бе¬зопасность и экономическая эф-фективность атомных электростанций опирается не только

на жесткую рег-ламентацию процесса функционирования АЭС, но и на сведение до абсолют-ного минимума влияния АЭС на ок¬ружающую среду. Оценивая перспективы развития мировой атомной энергетики, большинство авторитетных междуна-род¬ных организаций, связанных с исследованием глобаль¬ных топливно-энергетических проблем, предполагает, что после 2010-2020 гг. в мире вновь возрастет потреб¬ность в широком строительстве

АЭС. 4. Решая задачу уменьшения воз¬действия на окружающую среду тра-диционных методов получения энергии наука и производство изучают возможности получения энергии за счет альтернативных (нетради¬ционных) ресурсов, таких, как энергия ветра, солн¬ца, геотермальная и энергия волн и других источни¬ков, которые относятся к неисчерпаемым и экологи¬чески чистым. Литература 1. Барышев В Трутаев В. Источник энергии - в ее экономии //

Белор. думка. 1999. 2. Герасимов В.В. Основные направления развития энергетики // Не-стор-вестник-НВ. 1997. 3. Дьяков А.Ф. Основные направления развития энергетики России. М 2005. 4. Самойлов, М.В Паневчик В.В Ковалев А.Н. Основы энергосбере-жения: Учеб. пособие / 2-е изд стереотип Мн.: БГЭУ, 2002 198 с. 5. Справочник по наилучшим доступным техническим методам в теп-лоэлектроэнергетике

М 2008. 6. Хван Т.А. Промышленная экология. М Феникс, 2003. 7. www.atomas.ru