Экологическая цена энергии

 Приливные электростанции  строят на берегах морей, где  гравитационные силы Луны и  Солнца дважды в сутки изменяют  уровень воды. Колебания уровня  воды у берега могут достигать  13 метров. Перекрыв плотиной залив  или устье впадающей в море (океан) реки и образовав водоем, можно создать напор, достаточный  для вращения гидротурбин и  соединенных с ними генераторов.

Приливные электростанции имеют  ряд преимуществ перед тепловыми  электростанциями, так как не выбрасывают  углекислый газ в атмосферу. ПЭС  наносят незначительный ущерб гидросфере. Так, планктон, составляющий основу кормовой базы для рыбы, на ПЭС гибнет в  пределах 5 — 10%, а на ГЭС — почти  полностью.

 Возобновляемые источники  энергии. По терминологии, принятой  в ООН, все виды энергии,  в основе которых лежит солнечная  энергия, называются возобновляемыми  источниками энергии (ВИЭ).

 

4.2 Экологическая оценка использование энергии волн

Достаточно  большой интерес представляет собой  энергия волн, возникающих на поверхности морей и океанов. Энергия волн значительно выше энергии приливов и достигает 6 ТВт. Целесообразность использования энергии волн определяется ее высокой удельной мощностью. В открытом море при высоте волны более 10 м удельная мощность может достигать 2 МВт/м, но использовать эту энергию технически сложно, поэтому сейчас используют энергию волн лишь в прибрежных зонах, где удельная мощность не превышает 80 кВт/м. Страны с большой протяженностью побережья и постоянными сильными ветрами могут производить за счет энергии волн до 5% требуемой электроэнергии.

 

Некоторые экологи также отмечают, что при  массовом использовании волновых установок возможно неблагоприятное их воздействие на морскую фауну и флору. Они будут гасить волны, которые способствуют обогащению поверхностного слоя воды кислородом и питательными веществами.

 

Вместе  с тем необходимо отметить, что  процесс преобразования волновой энергии  в электрическую экологически чист. Волновые установки не требуют изъятия земельных угодий, что свойственно всем существующим электростанциям и котельным. При расположении волновых электростанций в береговых зонах морей будет снижаться размывающее воздействие волн, что в какой-то мере позволит заменить дорогостоящие защитные гидротехнические сооружения.

 

4.3 Экологическая оценка использования энергии морских и океанских течений

Всю акваторию Мирового океана в различных направлениях пересекают течения, обладающие значительными  запасами кинетической энергии. Морские  и океанские течения — поступательное движение масс воды в морях и океанах, обусловленное как действием  ветров, так и приливообразующими силами гравитационных полей Луны и  Солнца, поэтому этот источник энергии  лишь частично можно отнести к  ВИЭ.

Установки по использованию  данной энергии находятся на стадии проектных разработок. Так, с целью  частичного использования энергии  Гольфстрима в США разработана  программа «Кориолис». Она предусматривает  установку в ЗО км восточнее г. Майами 242 подводных установок мощностью 83 МВт каждая. Стоимость всего  сооружения соизмерима со стоимостью строительства ТЭС такой же мощности, но позволяет экономить около 17 млн тонн нефтяного эквивалента (ТНЭ) углеводородного топлива в год (при сжигании 1 ТНЭ образуется 44 ГДж тепловой энергии).

Разработчики таких проектов считают, что это экологически абсолютно  чистый способ получения энергии. Это  не совсем так. Преобразование кинетической энергии потока воды в электрическую  означает, что скорость воды на выходе из турбины будет меньше, чем на входе. В результате использование  энергии океанских течений в  глобальных масштабах приведет к  существенному изменению климата  на континентах. Так, использование  половины кинетической энергии Гольфстрима  может привести к снижению средней  температуры зимой в Европе на несколько градусов, поэтому можно использовать не более 1-2% данной энергии.

 

4.4 Экологическая оценка использования энергии ветра

История использования энергии  ветра уходит в глубокую древность. Первоначально ее использовали для  движения парусных судов, затем человек  научился строить ветряные мельницы. С развитием электрических приводов эпоха ветряных мельниц к середине ХХ в. закончилась.

 В последнее время  энергия ветра вновь привлекает  внимание энергетиков, поскольку  имеет колоссальные ресурсы. Среднегодовая  мощность ветров на планете  составляет 25 — 40 ТВт, что значительно  больше суммарной мощности искусственных  энергетических установок. В настоящее  время может быть использовано  не более 10% этой энергии, так как наиболее мощные воздушные течения находятся на высоте, равной несколько сотен метров. Ветроресурсы России, доступные для технического освоения, равны около 1,1 ТВт.

Сегодня лидирующее положение  в выработке электроэнергии на ВЭУ  занимает Германия, где суммарная  установленная мощность таких установок  равна 18,4 ГВт.

 В 1995 г. на острове  Беринга вблизи Камчатки были  запущены две ВЭУ мощностью  по 250 кВт каждая. В соответствии  с Федеральной целевой программой  «Энергоэффективная экономика» в России суммарная установленная мощность ВЭУ к 2015 г. будет доведена до 228 МВт.

 Первая в Беларуси  промышленная ВЭУ мощностью 250 кВт введена в строй в 2005 г.

Кроме очевидных достоинств, ветроэнергетика имеет ряд недостатков. К экологическим недостаткам ветроэнергетических установок следует отнести шум, инфразвук и вибрацию. В непосредственной близости уровень шума достаточно крупной ВЭУ может превышать 100 дБ. Также помимо шума, воспринимаемого человеческим ухом, вокруг ВЭС возникает опасный инфразвук частотой 6 — 7 Гц, вызывающий резонанс некоторых органов человека. При этом нарушается координация движения, повышается утомляемость, возникает чувство тошноты, снижается внимание. Инфразвук практически не поглощается в атмосфере. ВЭС также могут оказывать вибрационное воздействие на близлежащие поселения людей, поэтому в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании приняты законы, ограничивающие уровень шума от работающих ВЭУ до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Кроме того, определено минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

 Крупномасштабное применение  ВЭУ в каком-то одном районе  может также вызвать там климатические  изменения, так как скорость  движения воздуха после комплекса  таких установок существенно  снижается.

 

4.5 Экологическая оценка использования лучистой энергии Солнца

Плотность потока солнечной  энергии, достигающей поверхности  Земли, примерно равна 0,519 10 Дж/м . с, т.е. на площадку в 1 м2, расположенную на земной поверхности перпендикулярно солнечным лучам, поступает солнечная энергия, соответствующая мощности 0,519 кВт. Это усредненное значение. В районе экватора в безоблачные дни световая мощность на поверхности Земли может достигать 1,2 кВт.

Сегодня известно два основных способа использования солнечной  энергии: 1) преобразование в тепловую энергию с последующим использованием в нагревательных системах; 2) преобразование в электрическую энергию.

Первая в СССР промышленная солнечная электростанция (СЭС) мощностью 5 МВт была построена в 1985 г. в Крыму, недалеко от города Щелкино. За 10 лет работы она выработала 2 млн кВт ч электроэнергии, однако в середине 1990-х ее закрыли из-за высокой стоимости электроэнергии.

По оценкам Международного энергетического агентства, в 2005 г. установленные мощности солнечных  батарей достигли 5 ГВт. К 2030 г. прогнозируемая установленная мощность СЭС в  мире, использующих фотоэлектрический  метод преобразования солнечной  энергии, составит 300 ГВт.

Многие специалисты считают, что солнечные электростанции являются абсолютно экологически чистыми, что  не соответствует действительности. Для производства фотоэлектрических  элементов необходимы соединения кремния. Отходы такого производства являются высокотоксичными, и существует проблема их утилизации. Однако экологический вред от СЭС значительно ниже, чем от тепловых электростанций (ТЭС), работающих на угле, мазуте и даже на газе, так как при этом не происходят выбросы «парниковых газов», соединений серы, азота, фосфора и т.п.

По метеорологическим  данным в Республике Беларусь в среднем 250 дней в году пасмурных , 185 с переменной облачностью и 30 ясных ,а среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учётом  ночей и облачности составляет  243 кал на 1 за сутки , что эквивалентно 2,8 кВтч*, а с учётом КПД преобразования  12% - 0,3 кВтч/сут*.

Для удовлетворения потребности  республики в электроэнергии в объёме 45 млрд.кВтч потребуется 450 гелиостатов , что при их стоимости 450 долларов США/кв, м соответствует стоимости 202,5 млрд. долларов США без учёта затрат на эксплуатацию выпрямителей , строительно -монтажные работы ,конструкции и т.п . Учёт  перечисленных составляющих удвоит названную сумму.

Технический прогресс в этой  области естественно будет способствовать снижению затрат, однако, для условий  Беларуси , в прогнозируемом периоде составляющая производства электроэнергии с помощью солнечной энергии будет практически не ощутима.

 

4.6 Экологическая оценка использования биомассы

В последние годы ведутся  серьезные научные разработки в  области использования биомассы в качестве источника энергии. Биомасса — это совокупность органических веществ, возникающих в результате жизнедеятельности растений и животных, а также некоторые органические отходы промышленности. Энергию из биомассы получают физическим, химическим и микробиологическим способом. Физическим способом энергию получают путем  сжигания мусора, навоза, отходов деревообрабатывающей промышленности. Этот способ применим, если влажность сырья не превышает 60%.

В Беларуси годовой объем  использования дров и отходов  деревообработки составляет около 1,1 млн ТУТ. В 2006 г. успешно реализованы первые проекты в использовании древесины для получения электроэнергии и тепла: построена Осиповичская ТЭС мощностью 0,5 МВт и переведена на древесную щепу БелГРЭС мощностью 5 МВт.

 Необходимо отметить, что чрезмерное использование  биомассы в качестве топлива  чревато негативными последствиями  для биосферы. Ежегодно продуктивность  фотосинтеза составляет 230 млрд т. Растительноядные животные потребляют около 40% прироста фитомассы (массы растений). Оставшаяся часть является реальной массой растительности в биосфере, но полностью использовать ее для получения энергии нельзя. Основная часть этой фитомассы служит в качестве питания для редуцентов в детритной пищевой цепи, поэтому для получения энергии для различных хозяйственных целей можно использовать не более 5% годового прироста фитомассы, в противном случае может существенно нарушиться биотический круговорот веществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приоритетные экологические  проблемы Беларуси включают в себя радиоактивное загрязнение территории, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение поверхностных и  подземных вод, загрязнение и  деградацию почв, образование и накопление отходов.

Существует потенциал  для частичного перехода на альтернативные источники энергии. Однако при этом необходимо учитывать возможные  негативные последствия воздействия  на окружающую среду.

Однако, трезво оценивая совокупные возможности гидроэнергетики, гелиоэнергетики и ветровых электростанций, нельзя не заметить, что они способны покрыть в самом лучшем случае не более половины потребностей человечества в тепле и электроэнергии. Использование горючих ископаемых для производства энергии должно сокращаться, так как эти ценные ресурсы весьма ограничены, а их сжигание ведет к экологической и климатической глобальной катастрофе.

Соответственно, реальная возможность обеспечить себя практически неограниченными энергетическими ресурсами и при этом избежать экологического кризиса состоит в комбинации атомной энергетики, использующей реакторы-размножители, с гидро- и гелиоэнергетикой.

Таким образом, человечество располагает достаточными ресурсами, чтобы избежать энергетического  голода и одновременно отвести от себя угрозу экологической катастрофы, но для этого народы и правительства  должны существенно пересмотреть свои взгляды и своевременно и целенаправленно  строить новую энергетическую политику.

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гальперин, М.В. Общая экология: учеб.-метод. пособие / М.В. Гальперин. – Москва: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. – 336 с.
2. Протасов, В.Ф. Экологические основы природопользования: учебное пособие / В.Ф. Протасов. – Москва: Альфа-М: ИНФРА-М, 2012. – 304 с.
3. Сергейчик, С.А. Экология: учебное пособие / С.А. Сергейчик. – Минск: Современная школа, 2010. – 400 с.
4. Экология: учеб. пособие / А.В. Тотай [и др.]; под общ. ред. А.В. Тотая. – Москва: Издательство Юрайт, 2011. – 407 с.
5. Маврищев, В. В. Основы экологии: ответы на экзаменац. вопр. / В.В. Маврищев. – Минск: ТетраСистемс, 2008. – 160 с.