Виды энергии

    Так почему же люди  заговорили об энергетическом  кризисе, если запасов только  органического топлива хватит  на сотни лет, а в резерве  ещё ядерное?

    Весь вопрос в том,  сколько оно стоит. И именно  с этой стороны нужно рассматривать  сейчас энергетическую проблему. в недрах земли ещё много, но их добыча Нефти, газа стоит все дороже и дороже, так как эту энергию приходится добывать из более бедных и глубоко залегающих пластов, из небогатых месторождений, открытых в необжитых, труднодоступных районах. Гораздо больше приходится и придется вкладывать средств для того, чтобы свести к минимуму экологические последствия использования органического топлива.

    Атомная энергия внедряется  сейчас не потому, что она обеспечена  топливом на столетия и тысячелетия,  а, скорее из-за экономии и  сохранения на будущее нефти  и газа, а также из-за возможности  уменьшения экологической нагрузки  на биосферу.

    Существует распространенное  мнение, что стоимость электроэнергии  АЭС значительно ниже стоимости  энергии, вырабатываемой на угольных, а в перспективе – и газовых

                                                                         8

электростанциях. Но если подробно рассмотреть весь цикл атомной энергетики (от добычи сырья до утилизации РАО, включая расходы на строительство самой АЭС), то эксплуатация АЭС и обеспечение ее безопасной работы оказываются дороже, чем строительство и работа станции такой же мощности на традиционных источниках энергии (табл.5.8 на примере экономики США).

    Поэтому в последнее  время все больший акцент делается  на энергосберегающих технологиях  и возобновляемых источниках  – таких как солнце, ветер,  водная стихия. Например, в Европейском  союзе поставлена цель к 2010-2012 гг. получать 22% электроэнергии с  помощью новых источников. В Германии, например, уже в 2001 г. энергия,  производимая от возобновимых источников, была равносильна работе 8 атомных реакторов, или 3.5% всей электроэнергии.

    Многие считают, что  будущее принадлежит дарам Солнца. Однако, оказывается и здесь все не так просто. Пока стоимость получения электроэнергии с применением современных солнечных фотоэлектрических элементов в 100 раз выше, чем на обычных электростанциях. Однако специалисты, занимающиеся фотоэлементами, полны оптимизма, и считают, что им удастся существенно снизить их стоимость.

    Точки зрения специалистов  на перспективы использования  возобновляемых источников энергии  очень различаются. Комитет по  науке и технике в Англии, проанализировав  перспективы освоения таких источников  энергии, пришел к выводу, что  их использование на базе современных  технологий пока минимум в  два-четыре раза дороже строительства  АЭС. Другие специалисты в различных  прогнозах этим источникам энергии  уже в недалеком будущем. По-видимому, источники возобновляемой энергии  будут применяться в отдельных  районах мира, благоприятных для  их эффективного и экономичного  использования, но в крайне  ограниченных масштабах. Основную  долю энергетических потребностей  человечества должны обеспечить  уголь и атомная энергетика. Правда, пока нет настолько дешевого  источника, который позволил бы  развивать энергетику такими  быстрыми темпами, как бы этого  хотелось.

    Сейчас и на предстоящие  десятилетия наиболее экологичным источником энергии представляются ядерные, а затем, возможно, и термоядерные редакторы. С их помощью человек и будет двигаться по ступеням технического прогресса. Будет двигаться до тех пор, пока не откроет и не освоит какой-либо другой, более удобный источник энергии.

 

                                                             

 

 

 

                                                                   9

Основные формы влияния энергетики на окружающую среду состоят в следующем.

    Основной объем энергии  человечество пока получает за  счет использования невозобновимых ресурсов.

    Загрязнение атмосферы:  тепловой эффект, выделение в атмосферу газов и пыли.                      

Загрязнение гидросферы: тепловое загрязнение  водоемов, выбросы загрязняющих веществ.

    Загрязнение литосферы  при транспортировке энергоносителей  и захоронении отходов, при  производстве энергии.

    Загрязнение радиоактивными  и токсичными отходами окружающей  среды.

    Изменение гидрологического  режима рек гидроэлектростанциями  и как следствие загрязнение  на территории водотока.

    Создание электромагнитных  полей вокруг линий электропередач.

    Согласовать постоянный  рост энергопотребления с ростом  отрицательных последствий энергетики, учитывая, что в ближайшее время  человечество ощутит ограниченность  ископаемого топлива, можно, по-видимому, двумя способами

    Экономия энергии. Степень  влияния прогресса на экономию  энергии можно продемонстрировать  на примере паровых машин. Как  известно, КПД паровых машин 100 лет назад составлял 3-5%, а сейчас  достигает 40%. Развитие мировой  экономики после энергетического  кризиса 70 годов также показало, что на этом пути у человечества  есть значительные резервы. Применение  ресурсосберегающих и энергосберегающих  технологий обеспечило значительное  сокращение потребления топлива  и материалов в развитых странах.

    Развитие экологически  более чистых видов производства  энергии. Решить проблему, вероятно, способно развитие альтернативных  видов энергетики, особенно базирующихся  на использовании возобновляемых  источников. Однако пути реализации  данного направления пока не  очевидны. Пока возобновимые источники дают не более 20 % общемирового потребления энергии. Основной вклад в эти 20% дают использование биомассы и гидроэнергетика.

Экологические проблемы традиционной энергетики

    Основная часть электроэнергии  производится в настоящее время  на тепловых электростанциях  (ТЭС). Далее обычно идут гидроэлектростанции  (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС).

  

                                                                           10

1) Тепловые электростанции

    В большинстве стран  мира доля электроэнергии, вырабатываемой  на ТЭС больше 50%. В качестве  топлива на ТЭС обычно используются  уголь, мазут, газ, сланцы. Ископаемое  топливо относится к невозобновимым ресурсам. Согласно многим оценкам угля на планете хватит на 100-300 лет, нефти на 40-80 лет, природного газа на 50-120 лет.

    Коэффициент полезного  действия ТЭС составляет в  среднем 36-39%. Наряду с топливом  ТЭС потребляет значительное  количество воды. Типичная ТЭС  мощностью 2 млн. кВт ежесуточно  потребляет 18 000 т угля, 2500 т мазута, 150 000 м3 воды. На охлаждение отработанного  пара на ТЭС используются ежесуточно 7 млн. м3 воды, что приводит  к тепловому загрязнению водоема-охладителя.

    Для ТЭС характерно  высокое радиационное и токсичное  загрязнение окружающей среды.  Это обусловлено тем, что обычный  уголь, его зола содержат микропримеси  урана и ряда токсичных элементов  в значительно больших концентрациях, чем земная кора.

    При строительстве крупных  ТЭС или их комплексов загрязнение  еще более значительно. При  этом могут возникать новые  эффекты, например, обусловленные  превышением скорости сжигания  кислорода над скоростью его  образования за счет фотосинтеза  земных растений на данной  территории, или вызванные увеличением  концентрации углекислого газа  в приземном слое.

    Из ископаемых источников  топлива наиболее перспективным  является уголь (его запасы  огромны по сравнению с запасами  нефти и газа). Основные мировые  запасы угля сосредоточены в  России, Китае и США. При этом  основное количество энергии  в настоящее время вырабатывается  на ТЭС за счет использования  нефтепродуктов. Таким образом, структура  запасов ископаемого топлива  не соответствует структуре его  современного потребления при  производстве энергии. В перспективе  – переход на новую структуру  потребления ископаемого топлива  (угля) вызовет значительные экологические  проблемы, материальные затраты  и изменения во всей промышленности. Ряд стран уже начал структурную перестройку энергетики.

 

    2) Гидроэлектростанции

    Основные достоинства  ГЭС – низкая себестоимость  вырабатываемой электроэнергии, быстрая  окупаемость (себестоимость примерно  в 4 раза ниже, а окупаемость  в 3-4 раза быстрее, чем на  ТЭС), высокая маневренность, что  очень важно в периоды пиковых  нагрузок, возможность аккумуляции  энергии.

 

                                                              

                                                                        11

  Но даже при полном использовании потенциала всех рек Земли можно обеспечить не более четверти современных потребностей человечества. В России используется менее 20 % гидроэнергетического потенциала. В развитых странах эффективность использования гидроресурсов в 2-3 раза выше, т.е. здесь у России есть определенные резервы. Однако сооружение ГЭС (особенно на равнинных реках) приводит ко многим экологическим проблемам. Водохранилища, необходимые для обеспечения равномерной работы ГЭС, вызывают изменения климата на прилегающих территориях на расстояниях до сотен километров, являются естественными накопителями загрязнений.

    В водохранилищах развиваются  сине-зеленые водоросли, ускоряются  процессы эфтрофикации, что приводит к ухудшению качества воды, нарушает функционирование экосистем. При строительстве водохранилищ нарушаются естественные нерестилища, происходит затопление плодородных земель, изменяется уровень подземных вод.

    Более перспективным  является сооружение ГЭС на  горных реках. Это обусловлено  более высоким гидроэнергетическим  потенциалом горных рек по  сравнению с равнинными реками. При сооружении водохранилищ  в горных районах не изымаются  из землепользования большие  площади плодородных земель.

 

 

    3) Атомные электростанции

    АЭС не вырабатывают  углекислого газа, объем других  загрязнений атмосферы по сравнению  с ТЭС также мал. Количество  радиоактивных веществ, образующихся  в период эксплуатации АЭС, сравнительно невелико. В течение длительного времени АЭС представлялись как наиболее экологически чистый вид электростанций и как перспективная замена ТЭС, оказывающих влияние на глобальное потепление. Однако процесс безопасной эксплуатации АЭС еще не решен. С другой стороны, замена основной массы ТЭС на АЭС для устранения их вклада в загрязнение атмосферы в масштабе планеты не осуществима из-за огромных экономических затрат.

    Чернобыльская катастрофа  привела к коренному изменению  отношения населения к АЭС  в регионах размещения станций  или возможного их строительства.  Поэтому перспектива развития  атомной энергетики в ближайшие  годы неясна. Среди основных проблем  использования АЭС можно выделить  следующие.

1. Безопасность реакторов. Все современные типы реакторов ставят человечество под угрозу риска глобальной аварии, подобной Чернобыльской. Такая авария может произойти по вине конструкторов, из-за ошибки оператора или в результате террористического акта. Принцип внутренней самозащищенности активной зоны реактора в случае развития аварии по худшему сценарию с расплавлением активной

 

                                                       12

зоны должен быть непреложным требованием  при проектировании реакторов. Ядерная 

2.технология сложна. Потребовались годы анализа и накопленного опыта, чтобы просто осознать возможность возникновения некоторых типов аварий.

    Неопределенности в отношении  безопасности никогда не будут  полностью разрешены заранее.  Большое их количество будет  обнаружено только во время  эксплуатации новых реакторов.

    3. Снижение эмиссии диоксида  углерода. Считается, что вытеснение  тепловых электростанций атомными  поможет решить проблему снижения  выбросов диоксида углерода, одного  из главных парниковых газов,  способствующих потеплению климата  на планете. Однако, на самом деле, электростанции с комбинированным циклом на природном газе не только намного экономичнее, чем АЭС, но и при одних и тех же затратах достигается значительно большее снижение выбросов диоксида углерода, чем при использовании атомной энергии с учетом всего топливного цикла (потребление энергии при добыче и обогащении урана, изготовлении ядерного топлива и других затрат на «входе» и «выходе»).

    4. Снятие с эксплуатации  реакторов на АЭС. К 2010 г.  половина из работающих в мире  АЭС имела возраст 25 лет и  более. После этого предполагается  процедура снятия с эксплуатации  реакторов. По данным Всемирной  ядерной ассоциации (WNA), более 130 промышленных ядерных установок  уже выведены из эксплуатации, либо ожидают этой процедуры.  И во всех случаях возникает  проблема утилизации радиоактивных  отходов, которые надо надежно  изолировать и хранить длительный  срок в специальных хранилищах. Многие эксперты считают, что  эти расходы могут сравняться  с расходами на строительство  АЭС.

    5. Опасность использования  АЭС для распространения ядерного  оружия. Каждый реактор производит  ежегодно плутоний в количестве, достаточном для создания нескольких  атомных бомб. В отработавшем  ядерном топливе (ОЯТ), которое  регулярно выгружается из реакторов,  содержится не только плутоний, но и целый набор опасных  радиационных элементов. Поэтому  МАГАТЭ старается держать под  контролем весь цикл обращения  с отработавшим ядерным топливом  во всех странах, где работают  АЭС.

    Примитивную атомную  бомбу можно сделать из отработавшего  ядерного топлива любой АЭС.  Если для создания бомбы необходимы  сложное производство, специальное  оборудование и подготовленные  специалисты, то для создания  так называемых грязных ядерных  взрывных устройств – все намного  проще, и здесь опасность очень  велика. При использовании такой  «самоделки» ядерного взрыва, конечно,  не будет, но будет сильное  радиоактивное заражение. Такие  устройства террористы и экстремисты  могут изготовить самостоятельно, приобретя на ядерном черном  рынке необходимые расщепляющие  материалы. Такой рынок, как  это ни прискорбно, существует, и  атомная промышленность является  потенциальным поставщиком таких  материалов.