Влияние энергетики на окружающую среду
Загрязнением атмосферы (аналогично гидросферы и литосферы) называется внесение новых, нехарактерных для нее в рассматриваемое время физических, химических и биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня этих агентов.
Все источники примесей, поступающих в атмосферу, гидросферу и литосферу можно разделить на две группы: естественные и антропогенные.
|
|
Естественные источники загрязнений выделяют в атмосферу: пыль, вызванную эрозией почвы, частицы морской соли, туман, дым и газы от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения, различные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. |
|
Хотя некоторые химические соединения образуются от природных источников в больших количествах, но их география и рассеивание загрязнений в атмосфере приводят в итоге к низким средним концентрациям. Уровень загрязнений атмосферы естественными источниками принято считать фоном, он мало изменяется во времени.
Рассмотрим виды возможных производственных загрязнений окружающей среды.
Рис. 1.2. Загрязнение окружающей среды
Рост мирового промышленного производства сопровождается увеличением абсолютного количества промышленных выбросов. Среди антропогенных источников загрязнения атмосферы основными в индустриально развитых странах является промышленные предприятия и транспортные средства.
Если говорить о загрязнениях атмосферного воздуха, то следует напомнить, что атмосферный воздух представляет собой механическую смесь различных газов: азота, на долю которого приходится 78,08% (по объему), кислорода 20,95%, аргона 0,93%, углекислого газа 0,03%, гелия, криптона, водорода, озона и др. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород и углекислый газ.
Ежегодно в атмосферный воздух поступает более 200 млн.т оксида углерода, 150 млн. тонн оксида серы, свыше 50 млн.тонн оксидов азота, более 50 млн. тонн разливных углеводородов, более 250 млн.тонн мелкодисперсных аэрозолей и т.д. Поступление в атмосферный воздух галогеносодержащих веществ (фтор, йод, хлор, и др.) в том числе и фреонов, приводит к уменьшению озонного слоя атмосферы.
Расчеты показывают, что если выбросы в атмосферу фреонов будут продолжаться столь же интенсивно как и сейчас, то к середине первой половины ХХI века толщина озонного слоя уменьшится на 6–7%, кроме фреонов разрушению озонного слоя земли способствуют выбросы метана, окисей азота и др. веществ.
Существует ряд отраслей промышленности, которые на протяжении десятилетий остаются лидерами антропогенного загрязнения ОС:
Доля выбросов в атмосферу:
|
|
электроэнергетика |
27% |
|
| цветная металлургия |
20% |
||
| черная металлургия |
15% |
||
| нефтедобыча |
7% |
||
| нефтепереработка |
5% |
||
| машиностроение |
4% |
||
| газовая |
4% |
||
| промстройматериалы |
4% |
||
|
|
угольная |
3,5% |
|
| деревообрабатывающая |
3,0% |
||
| химическая |
3,0% |
||
| пищевая |
2,5% |
||
| оборонная |
1,5% |
||
| легкая |
0,5% |
Доля сбросов загрязненных сточных вод:
|
|
деревообрабатывающая |
22% |
|
| химическая |
17% |
||
| электроэнергетика |
13% |
||
| машиностроение |
8% |
||
| черная металлургия |
8% |
||
| угольная |
7% |
||
| цветная металлургия |
5,5% |
||
| нефтепереработка |
4,5% |
||
|
|
оборонная |
3,5% |
|
| легкая |
3,5% |
||
| пищевая |
3,5% |
||
| промстройматериалы |
2,5% |
||
| нефтедобыча |
1,5% |
||
| газовая |
0,5% |
Система «человек - окружающая среда» - замкнутая, любое нарушение баланса в ней может привести к катастрофическим последствиям. Например, в процессе эволюции в природе сложился тепловой баланс, определяемый аккумулированием энергии в органических соединениях и рассеянием ее в виде тепла.
В отличие от автотрофных растений, в которых начинается трансформация солнечной энергии в органические соединения, человек использует органические вещества, сжигая их и переводя запасенную энергию в тепло. При добыче энергетических ресурсов человек разрушает биологический состав почв и способствует ее деградации. Хозяйственная деятельность человека при использовании природных ресурсов крайне неэффективна.
Воздействие энергетики на окружающую среду весьма разнообразно и определяется в основном типом энергоустановок.
Рассмотрим основные особенности воздействия на окружающую среду электростанций традиционного типа:
|
1. Воздействие ТЭС на окружающую среду зависит от используемого топлива. При сжигании твердого топлива в атмосферу поступает летучая зола с частицами не до горевшего топлива, сернистый и черный ангидрида, оксиды азота, фтористые соединения. При снижении жидкого топлива с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают сернистый и серный ангидрид, соединения ванадия, солей натрия и также вещества, удаляемые с поверхности котлов при очистке. |
|
При сжигании природного газа основным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота.
Выработка 1 млн. кВт·ч электроэнергии на тепловых электростанциях сопровождается выбросом 10 т золы и 15 т сернистого газа.
2. Для сооружения крупных ТЭС в среднем необходима площадь около 2,3 км2, не считая золоотвалов и водохранилищ охладителей, а с их учетом 3–4 км2. На этой территории изменяется рельеф местности, структура почвенного слоя и экологическое равновесия. Крупные градирни существенно увлажняют микроклимат в районе станции, способствуют образованию низкой облачности, туманов, снижению солнечной освещенности, вызывают моросящие дожди, а в зимнее время иней и гололед. ТЭС сбрасывают в водоемы большое количество теплоты, повышают температуру воды и оказывают влияние на форму и среду водоемов.
|
3. Для ГЭС необходимо сооружать водохранилища, что приводит к затоплению огромных территорий. Структура теплового баланса прибрежных территорий водохранилищ и непосредственно водной поверхности, влияющая на температуру воздуха на побережье, различна по сезонам года и времени суток и зависит от площади поверхности, глубины водоема и характера воздушных течений в этой зоне. Поэтому вопросы экологического воздействия ГЭС на окружающую среду должна составлять важнейший аспект предпроектного анализа. |
|
4. По вопросу воздействия АЭС на окружающую среду существуют различные мнения. Однако, не вызывает сомнения тот факт, что эксплуатация АЭС позволяет заметно снизить уровень загрязнений окружающей среды компонентами, характерными для работы тепловых станций (СО, SO2, NОx и т.п.)
Основными факторами загрязнения среды здесь выступают радиационные показатели: активированные пылевидные частицы, попадающие через вентиляционные каналы за пределами станции. Радиация от охлаждающей воды, проникающая радиация через корпус реактора, тепловые воздействия на воду охлаждения и, конечно же, захоронение отходов.
На рис.1.3 представлены основные факторы воздействия электроэнергетики на окружающую среду.
Рис. 1.3. Основные факторы воздействия электроэнергетики на окружающую среду
Экологические последствия развития солнечной энергетики
Солнечные станции являются достаточно землеемкими. Удельная землеемкость СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га/кВт с наиболее вероятными значениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чем для ТЭС и АЭС. При этом надо учесть, что солнечные станции весьма материалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях землеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеемкость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.
Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.
Экологические аспекты использования ветроэнергетических установок
Развитие ветроэнергетики в мире набирает обороты. Эта тенденция в значительной мере определяется заботой большинства стран о своем экологическом благополучии и как следствие — ужесточением экологических требований.
Расширение масштабов применения ВЭУ изменит обстановку и улучшит экологическую ситуацию, обеспечит экономию топливных ресурсов.
К концу 2005 г. суммарная установленная мощность ВЭУ в мире составляла около 60 ГВт, всеми этими установками в том же году выработано около 150 млрд кВт · ч электроэнергии. Использование ВЭУ позволило в 2005 г. уменьшить выбросы диоксида углерода на 0,24%, что в абсолютном выражении составляет 42,5 млн т.
Факторы воздействия ВЭС на природную среду, а также последствия этого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрицательных могут быть следующие:
