--PAGE_BREAK-- Проблемы энергетики
Энергетика — это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете
на душу населения.Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся (некоторое замедление их в промышленно развитых странах компенсируется ростом энерговооруженности стран
третьего мира), поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:
· какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают
основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;
· можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;
· каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за
счет трех видов энергоресурсов: органического топ-дива, воды и атомного ядра.
Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае
высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.
Экологические проблемы тепловой энергетики
За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общем энергобалансе
страны составляла 44%, а в получении электроэнергии -только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии |52%). В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает 10%.
В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около5-6%
электроэнергии (в России 20,5%), атомная энергетика, дает 17-18%
электроэнергии. В России ее доля близка к 12%, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция — 74%, Бельгия -61%, Швеция -45%).
Сжигание топлива — не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную
долю техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50% двуокиси серы,35% — окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз,
магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется
только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.
Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице.
Технологический процесс
Влияние на элементы среды и биоту
Примеры цепных реакций
воздух
почвы и грунты
воды
экосистемы и человека
1
2
3
4
5
6
Добыча топлива:
-жидкое (нефть) и в виде газа
Углеводо-родное загрязнение при испарении и утечках
Повреждение или уничтожение почв при разведке и добыче топлива, передвижениях транспорта и т.п.; загрязнение нефтью, техническими химикатам,
Металлолом и др. отходами
Загрязнение нефтью в результате
утечек, особенно при
авариях и
добычах со
дна водоемов, загрязнение технологическими
химреагентами и другими
отходами;
разрушение водоносных
структур в
грунтах, откачка подземных вод их сброс в водоемы
Разрушение и повреждение экосистем в местах добычи и при обустройстве месторождений(дороги, линии электропередач, водопроводы и т.п.), загрязнение при утечках и авариях, потеря продуктивности, ухудшение
Качества продукции.
Воздействие на человека в основном через биопродукцию (особенно гидробионтов).
Загрязнение почв->
загрязнение вод нефтью и химреагентами -> гибель планктона и других групп организмов -> снижение рыбопродукгивности -> потеря потребительских или вкусовых свойств
воды и продуктов промысла
-твердое: угли, сланцы торф и т.п.)
Пыль при взрывных и других работах, продукты горения терриконов и т.п.
Разрушение почвы и грунтов при добыче открытыми методами (карьеры), просадки рельефа, разрушение грунтов при шахтных методах добычи
Сильное нарушение водоносных структур, откачка и сброс в водоемы шахтных, часто высокоминера-лизированных, железистых и других вод
Разрушение экосистем или их элементов, особенно при открытых способах добычи, снижение продуктивности, воздействие на биоту и человека через загрязненные воздух, воды и пищу. Высокая степень заболеваемости, травматизма и смертности при шахтных способах добычи
Транспор-тировка топлива
Загрязнение при испарении жидкого топлива, потере газа, нефти, пылью от твердого топлива
Загрязнение при утечках, авариях, особенно нефтью
Загрязнение нефтью в результате потерь и при авариях
В основном через загрязнение вод и гидробионтов
Работа электростанций на твердом топливе
Основные поставщики углекислого газа, сернистого ангидрида, окислов азота, продуктов для кислых осадков, аэрозолей, сажи, загрязнение радиоактивными веществам и, тяжелыми металлами
Разрушение и сильное загрязнение почв вблизи предприятий (техногенные пустыни), загрязнение тяжелыми металлами, радиоактивными веществами, кислыми осадками; отчуждение земель под землеотвалы, другие отходы
Тепловое загрязнение в результате сбросов подогретых вод, химическое загрязнение через кислые осадки и сухое осаждение из атмосферы, загрязнение продуктами вымывания биогенов и ядовитых веществ (алюминий)из почв и грунтов
Основной агент разрушения и гибели экосистем, особенно озер и хвойных лесов (обеднение видового состава, снижение продуктивности, разрушение хлорофилла, вымывание биогенов, повреждение корней и т.п.). Эвтрофикация вод и их цветение. На человека через загрязнение воздуха, воды, продуктов питания, разрушение природы, строений, памятников и т.п.
Загрязнение воздуха продуктами горения-» кислые осадки-» гибель лесов и экосистем озер ‑> нарушение круговоротов вешеств ‑> антропогенные сукцессии
Тепловое загрязнение вод ‑> дефицит кислорода ‑> эвтрофикация и цветение вод ‑> усиление дефицита кислорода ‑> превращение водных экосистем в болотные
Работа электростанций на жидком топливе и газе
То же, но в значительно меньших масштабах
То же, но в значительно меньших масштабах
Тепловое загрязнение, как для твердого топлива, остальные в значительно меньших масштабах
То же, но в значительно меньших масштабах
Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.Хотя в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь
уместно вспомнить высказывание Д. И. Менделеева о недопустимости
использования нефти как топлива: «нефть не топливо — топить можно и ассигнациями».
Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет. Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оценивается более
чем в 7 триллионов тони. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков
процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в
окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС — золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно
поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.
Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры.
Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.
Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и ишаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.
Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась на угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. т/год). Это тот предел, за которым прогнозируются такие изменения климата, которые обусловят катастрофические последствия для биосферы.
ТЭС — существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).
продолжение
--PAGE_BREAK-- Экологические проблемы гидроэнергетики
Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы. Основные воздействия
ГЭС на среду, различные звенья экосистем и человека приведены в таблице.
Технологический процесс
Влияние на элементы среды и биоту
Примеры цепных реакций
воздух
почвы и грунты
воды
экосистемы и человека
1
2
3
4
5
6
Строительство ГЭС
Разрушение почв и грунтов на стройпло-щадках, подъездных путях, хозяйствен-ных объектах и т.п.; перемеще-ние больших масс грунтов, особенно при строитель-стве плотин и обвалова-нии водохрани-лищ
Аэрозольное загрязнение продуктами разрушения почв, стройматериалами (особенно цементом); химическое — в небольших объемах в основном от работы техники, предприятий, стройматериалов
Некоторое нарушение режима и загрязнение в местах строительства (обводные каналы и т.п.)
Частичное разрушение экосистем и их элементов(растительности, почв), фактор беспокойства для животных, интенсивный промысел и т.п. Влияние на человека в основном через изменение среды и социальные факторы
Текущая вода (река) -> водохранилище -> накопление химических веществ (эвтрофикация) плюстепловое загрязнение -> зарастание водоема (цветение) -> обогащение органикой -> обескислороживание -> превращение экосистемы транзитноготипа в аккумулятивнозастойную -> порча воды -> болезни рыб -> потеря пищевых или вкусовых свойств воды и продуктов промысла
Заполне-ние водохра-нилищ
Уход под воду плодород-ных пойменных земель (затопление), подъем грунтовых вод в прибреж-ной зоне (подтопле-ние, заболачи-вание). В горных условиях такие явления выражены в меньшей степени
Дополнительноеиспарение с чаши водохранилищ
Смена текущих вод на застойные, неизбежное загрязнение водохранилищ быстрораствори-мыми или взмучиваемыми веществами при заполнении чаши водохранилищ и формировании берегов
Полное уничтожение сухопутных экосистем (сведение лесов или их гибель от подтопления, часто оставление всей биомассы взоне затопления), смена прибрежных экосистем. Неизбежное переселение людей из зоны затопления, социальные издержки
Давление водных масс на ложе водохранилищ -> интенсификация сейсмических явлений
Работа ГЭС
То же, что и при затоплении, ПЛЮС MHOголет-нее разрушение береговой линии (абразия), формирова-ние новых типов почв в прибреж-ной зоне
Повышение влажности, понижение температур туманы, местныеветры, часто неприятный запах от гниения органических остатков
Загрязнение в результате стоков с водосборов и разложения больших масс органики почв, растительных остатков, древесины и т.п., образование фенолов, накопление биогенов и других веществ; усиленное прогревание, особенно мелководий (тепловое загрязнение), эвтрофикация, цветение, потеря кислорода, накопление тяжелых металлов, ила, радиоактивных и других веществ, порча воды
Формирование новых экосистем (в основном луговых и болотных) в зоне подтопления, зарастание вод. цветение; нарушение миграций рыб и других гидробионтов, смена более ценных видов менее ценными; заболевания рыб (гельминты и другие паразиты), забивание жаберных щелей рыб водорослями, разрушение нерестилищ и зимовальных ям. Потеря вкусовых качеств рыб. Увеличение вероятности заболеваний людей при контакте с водными массами (купание и т.п.) и продуктами промысла
Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им
экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек,
свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. Так, Волга практически на всем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.
Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по различным причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, гумус почв и т.п.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов. В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том
числе и ядовитых синезеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность к самоочищению. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды.Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т.п. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых
Каспия после строительства на ней каскада ГЭС. В конечном счете перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитноаккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их
ликвидации. Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища
теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина, построенная на Ниле в 60-е годы, будет наполовину заилена уже к 2025 году. Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей. Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых (аридных) районах, испарение с поверхности водохранилищ превышает
испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км3. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления воды Москвой. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не
успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.
Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.
продолжение
--PAGE_BREAK--