Энергетика, её роль в современном мире

Введение.

 

Говоря об энергии, мы, как правило, подразумеваем электроэнергию. Поэтому от сюда и далее говоря об энергии, я буду иметь в виду электричество. И далее я буду развивать только это направление.

Мы всегда гордились и гордимся открытиям «гигантов» по выработке электроэнергии. Это вызывало всегда бурный восторг большую часть населения. Это означало что всегда в доме будет столь привычное нам свет и тепло; показывало наше могущество перед другими странами; также мы хотели доказать чего достиг человек и что он может сделать… Можно многое перечислять, но тогда, а может и сейчас, это была такая идеология, принцип жизни. Радуясь новым открытиям сверхгигантов, мы не задумывались о последствиях, о её роли в экологии природы. Уже не один десяток лет человечеству были известны множество альтернативных источников энергии, которые более чистые, экономичнее и даже с более высоким КПД. Почему их не использую, трудный вопрос. И на этот вопрос частично отвечает эпиграф. Можно привести маленький пример: стоит большая ГЭС. Допустим, что она снабжает энергией пол области. Рассмотрим экологическую и экономическую ситуацию вокруг неё. Начну с того, что было потрачено много сил и денег на возведение плотины. Пока возводится плотина реку куда-то надо временно отводить, т. е. рыть русло (опять затраты). Необходимо выселить людей из зоны затопления. Нужно провести ни одну сотню километров кабеля, чтобы снабдить электричеством пол области. В результате мы видим, что заболачивается местность, затоплено большая площадь лесов, полей, домов, вырубка деревьев там,  где пройдут провода от ГЭС до потребителя, хотя он может оказаться на другом конце области…

  Рассмотрим альтернативу. Есть так называемые мини ГЭС. Для них не нужно возводить платины, отводить реки и т.д. Они, конечно, дают меньше энергии, но они также менее затратные и их влиянии на природу значительно меньше. Если несколько таких мини ГЭС поставить по области, то они вместе нанесут вред меньше, чем одна большая ГЭС, затрат будут тоже меньше, а энергии возможно даже и больше. К тому же не надо проводить многокилометровые провода, в которых теряется часть энергии.

Возможно, пример не совсем удачен потому, что мини ГЭС тоже экологичными не назовешь. Но я на сегодня не знаю ни одного источника энергии, который не оказывал бы влияния на природу и на человека в той или иной степени. В принципе они вряд ли существуют.

На этом примере я  закончу мое введение. Далее я попытаюсь более шире раскрыть нависшую проблему и довести свой ход мыслей до конца.

 

Энергетика, её роль в современном мире.

 

 

Начиная повествование  об энергии, я хочу привести почти  крылатую фразу про деньги, но она  актуальна и про энергию: «…их может не хватать, их может быть достаточно, но их никогда не бывает много...». Электроэнергетика в 20 столетии развивалась весьма стремительно. ТЭЦ, ГЭС, АЭС росли «как грибы после дождя». Потребление энергии растет колоссальными темпами, и оно продолжает этот рост и по сей день. Я хочу привести пример, который я наблюдал своими глазами. Последние два лета я работал программистом на одном из достаточно крупном предприятии своего города. Что я видел прошлым летом и этим это две большие разницы. Количество компьютеров удвоилось, почти в каждом отделе появились электроприборы (чайники, электроплитки, холодильники и т.д.), вентиляторы или кондиционеры, разного рода электрооборудования, пришедшее на замену ручного труда. Даже не подчитывая затраты на электричество, не трудно видеть что почти на двое повысилось потребление.

В 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов  электроэнергии. Но в 2000 году произведено около 30 тысяч миллиардов киловатт часов. Население земного шара в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет. В тоже время в энергетике это происходит через каждые 12-15 лет. Таким образом, возрастает количество энергии на душу населения. Но не каждая душа её получает хотя бы в малых кол-вах. Львиная доля приходится на развитые и высокоразвитые страны. И проблема возникает, как правило, в этих странах.

В современном мире трудно представить жизнь без электричества. Экономики многих стран терпят миллиардные потери при, даже небольшом, «голоде» электричества. Тому недавний пример в США и Канаде. На электричестве «сидят» все предприятия, больницы, дома и т.д. Жизнь людей стала зависеть от электричества как напрямую, так и косвенно.

Считается, что электроприборы «экологичные» и поэтому менее  вредны здоровью человека и на окружающую среду. Да это так, но её, то бишь энергию, ещё нужно произвести. А это не всегда бывает экологически приемлемо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О цифрах…

 

В мире от сжигания топлива (нефтепродукты, газ, различные биоресурсы) вырабатывается около 80-85% энергии. Хотя по тенденции последних лет доля его постепенно снижается. Среди  источников продуктов сжигания лидирует уголь – 52% (в Китае-75%, В России-18%). В России преобладающим источником энергии является природный газ – 40%. На долю нефти в России приходится не более 10% (в США-35). От гидроресурсов мир получает около 5-6% энергии (в России 20,5%). На атомную энергию приходится 17-18%. В России её доля около 12%, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе. Например, Франция – 74%, Бельгия – 61%, Швеция – 45%.

Основным загрязнителем  является лидер, т.е. электростанции, которые  работают на сжигании топлива. Они поставляют в атмосферу техногенный углерод (в основном в виде СО₂), около 50% двуокиси серы, 35% окислов азота и столько же пыли. По некоторым данным, тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС той же мощности. В выбросах ТЭЦ содержится значительно количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединения свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния-1,5 млн. доз. Смертельных исходов практически не случаются, т. к. они поступают в организм в незначительных количествах, но здоровье подрывают конкретно. Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице  №1.

Влияние энергетики на среду  и её обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом идет газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

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 №2. 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. 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. Имеются данные, 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 энергическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большей территориальной  емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будут превышать 5% от общей. Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых (аридных) районах, испарении 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 обуславливает 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 направления сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.

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 позваляет 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. К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших ; более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается. В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га, или 80000 км2.По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

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 (особенно при открытом способе);
• 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 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А есть ли выход?

 

Вот я и подошёл к финальной  и важной части реферата. Здесь  попытаюсь рассказать об альтернативных видах получения энергии. Я считаю, что проблема стоит не только в получении энергии, но в рациональном его использовании. Необходимо разрабатывать и внедрять технологии с низким потреблением электричества. Но, как и всегда проблема состоит в деньгах, а точнее в их отсутствии. Решение этой проблемы не решит главную проблему – получения «безопасного» источника. Слово безопасного я взял кавычки потому, что абсолютно чистого источника не существует. Разве что вечный двигатель, но его ещё не изобрели. Необходимо также усовершенствовать уже существующие электростанции. От них вряд ли откажутся в ближайшее время. Да пока создадут и внедрят чистый способ получения энергии, его же надо откуда-то получать. А все это время оно будет воздействовать на окружающую среду и человека.

Рассмотрим некоторые пути и способы 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:

1. 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.

2. 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.