Энергетика и окружающая среда

Содержание

 

Введение

1. Проблемы энергетики

1.1. Экологические проблемы  тепловой энергетики

1.2. Экологические проблемы  гидроэнергетики

1.3. Экологические проблемы ядерной энергетики

2. Некоторые пути решения  проблем современной энергетики

3. Возможности и перспективы развития малой и нетрадиционной энергетики в Беларуси

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования  и развития человечества, оказывает  воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепло- и электроэнергии и т.д.

 

1. Проблемы энергетики

 

Современный период развития человечества иногда характеризуют  через три «Э»: энергетика, экономика, экология. Энергетика в этом ряду занимает особое место. Она является определяющей и для экономики, и для экологии. От нее в решающей мере зависит  экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает  наиболее сильное воздействие на окружающую среду, экосистемы и биосферу в целом. Самые острые экологические  проблемы (изменение климата, кислотные  осадки, всеобщее загрязнение среды  и другие) прямо или косвенно связаны  с производством, либо с использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только в химическом, но и в  других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном, электромагнитном, радиоактивном. Поэтому не будет преувеличением сказать, что от решения энергетических проблем зависит возможность  решения основных экологических  проблем. 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 топлива, 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. Познакомимся с  основными экологическими последствиями  современных способов получения  и использования энергии.

 

1.1. 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  около 5-6% электроэнергии, 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 СО), 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.

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 тонн. 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 бензо(а)пирен. 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 шлаков. 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 сопутствующиеему цепные природные  реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем  в болотные и т. п.).

 

1.2. Экологические  проблемы гидроэнергетики

 

Одно из важнейших воздействий  гидроэнергетики связано с отчуждением  значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. На их месте  уничтожены естественные экосистемы.

Значительные площади  земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходятв категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могутсоставлять 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 строительство водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. 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 сине-зеленых (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. 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 районах, испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. 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.

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.

    

1.3.Экологические проблемы ядерной энергетики

 

Ядерная энергетика до недавнего  времени рассматривалась как  наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связис малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

До середины 80-х годов  человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического  тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая  доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала  превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста.

   До недавнего времени  основные экологические проблемы  АЭС связывались с захоронением  отработанного топлива, а также  с ликвидацией самих АЭС после  окончания допустимых сроков  эксплуатации. Имеются данные, что  стоимость таких ликвидационных  работ составляет от 1/6 до 1/3 от  стоимости самих АЭС. Некоторые  параметры воздействия АЭС и  ТЭС на среду представлены  в таблице 1.