Характеристика энергетики как загрязнителя окружающей среды

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.

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. 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. тонн 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. 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 CO составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. тонн в 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.).

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.

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 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. 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 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.

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 связи  с 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.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных  элементов в среду крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности.

В целом  можно назвать следующие воздействия  АЭС на среду:

·   разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд;

·   изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120м и высотой, равной 40-этажному зданию;

·   изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;

·   не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

Некоторые пути решения проблем  современной энергетики.

Несомненно, что в ближайшей перспективе  тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее  чистого топлива в получении  энергии. В этой связи рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать  отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных  отходов. В их числе можно назвать  следующие:

·   использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов;

·   уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания;