Екологiзацiя енергетики
План:
1. Плюси i мiнуси галузi з точки зору екологiї....................................... 3-5
2. 1. Екологiчнi проблеми теплової енергетики....................................... 6-9
2. 2. Екологiчнi проблеми гiдроенергетики............................................ 9-11
3. Шляхи вирiшення проблем сучасної енергетики........................... 12-13
Висновок...................................................................................................... 14
Використана лiтература.............................................................................. 15
Вступ
Існує образний вираз, що ми живемо в епоху трьох «Е»: економiка, енергетика, екологiя. При цьому екологiя як наука i спосiб мислення залучає усе бiльшпильну увагу людства.
Екологiю розглядають як науку i навчальну дисциплiну, що покликана вивчати взаємини органiзмiв i середовища у всiй їхнiй розмаїтостi. При цьому пiд середовищем розумiється не тiльки свiт неживої природи, а i вплив одних органiзмiв чи їхнiх спiвтовариств на iншi органiзми i спiвтовариства.
Термiн «екологiя» був введений нiмецьким натуралiстом Э. Геккелем у 1866 роцi й у дослiвному перекладi з грецького означає науку про будинок (ойкос - будинок, житло; логос -навчання).
числi i людини, iз середовищем, визначенням масштабiв i припустимих меж впливу людського суспiльства на середовище, можливостей зменшення цих впливiв чи їхньої повної нейтралiзацiї. У стратегiчному планi - це наука про виживання людства i вихiд з екологiчної кризи, що здобувала глобальнi масштаби - у межах усiєї планети Земля.
Стає усе бiльш ясним, що людина дуже мало знає про середовище, у якому вона живе, особливо про механiзми, що формують i зберiгають середовище. Розкриття цих механiзмiв (закономiрностей) - одна з найважливiших задач сучасної екологiї й екологiчного утворення. Ясно, що вона може зважуватися лише за умови вивчення не тiльки «Будинку», але i його мешканцiв, їхнього способу життя.
води. Отримання енергiї за рахунок спалювання викопного палива супроводжується значним забрудненням природного середовища. Тому наприкiнцi XXстолiття було висунуто на порядок денний пошук альтернативних засобiв отримання енергiї — перш за все, електрики та тепла. Але як традицiйнi, так i альтернативнi енергоджерела мають свої плюси та мiнуси з точки зору екологiї.
Паливо, на якому вони працюють, має високу теплотворну здатнiсть, має властивiсть бридiнгу, тобто вiдтворюється в процесi роботи АЕС. За станом на 1990 рiк у свiтi працювало 430 атомних реакторiв, якi виробляли приблизно 400 МВт енергiї.
Але є в атомної енергетики чимало вразливих мiсць. ККД сучасних АЕС щодо випалювання палива всього 30-40%. АЕС потужнiстю в 1 тисячу МВт за рiк споживає 3 т урану й дає у виглядi вiдходiв 300 кг плутонiю i 1100 кг iнших речовин, що розкладаються. До цього часу не розробленi способи їхнього знешкодження. При роботi АЕС вилучається досить багато води. Йдуть й експлуатацiйнi радiоактивнi викиди. Вiдходи вiд АЕС по сутi становлять велику небезпеку для людства, бiльшу, нiж навiть окремi аварiї на них.
Гiдроенергетика. ГЕС — виводить з ладу великi площi землi, цiнної для сiльського господарства. Наприклад, будiвництво греблi на Днiпрi призвело до втрати величезних територiй заплавних високородючих земель. Але екологiчно ГЕС чистi та маловiдходнi.
Тепловi електростанцiї. ТЕС працюють на викопному паливi. Виробництво енергiї на ТЕС є екологiчно найбруднiшим: спалювання 1 т кам'яного вугiлля приводить до утворення 1,5 кг окислiв азоту, 9 кг оксиду вуглецю та 13 кг окислiв сiрки. Великi ТЕЦ скидають до 90 м3/с теплої води. Хоча можливостi зниження екологiчних збиткiв вiд них бiльшi, оскiльки паливо можна готувати до спалювання, збагачувати, очищати вiд сiрки. У майбутньому, безумовно, доведеться вiдмовитися вiд прямого спалювання кам'яного вугiлля. Його доцiльно попередньо газифiкувати, що робить нешкiдливими продукти згорання та дозволяє отримувати кориснi матерiали: смоли, масла, амiак, сiрка.
Вiтровi електростанцiї. ВЕС — екологiчно чистi i дають дешеву енергiю. Але iдея не нова. Перший проект промислової ВЕС на 12 МВт був розроблений Ю. В. Кондратюком ще у 1932 роцi. Перша вiтрова електростанцiя потужнiстю на 100 кВт була запущена у Криму в 1931 роцi. Вона пропрацювала до 1942 року. На сучасних ВЕС в Данiї вартiсть одного кiловата енергiї можна порiвняти з електростанцiєю, що працює на вугiллi, i нижча, нiж на ЕС, що працює на нафтi. Досить великi ВЕС займають велику площу, досить шумнi, створюють радiоперешкоди та небезпечнi для птахiв.
Сонячнi електростанцiї. СЕС, що користуються невичерпним джерелом енергiї — сонячною радiацiєю, мають чималу перспективу. Хоча вони займають великi площi (для електростанцiї в 1 млн. кВт необхiдна була б площа у 35 км2) та матерiалоємнi, але в процесi експлуатацiї СЕС найбiльш екологiчно чистi. Вони не мають рухомих частин, довговiчнi, не створюють небезпечних вiдходiв. Зараз у свiтi загальна площа СЕС вже досягла 750 тисяч м2 i бiльше 1 млн. м2 житла опалюється та освiтлюється за рахунок СЕС.
У рядi районiв екологiчно та економiчно вигiдними можуть бути:
а) геотермальнi електростанцiї, що працюють за рахунок теплового градiєнту;
б) електростанцiї, що використовують глибинний градiєнт температури морської води;
в) електростанцiї, якi працюють за рахунок енергiї припливiв та вiдпливiв.
Але геотермальнi електростанцiї збiльшують сейсмiчну активнiсть району, можуть викликати локальнi осiдання ґрунту, а їхня робота супроводжується тiєю чи iншою кiлькiстю токсичних газiв, що викидаються до атмосфери. Собiвартiсть геотермальної енергiї зростає через швидку корозiю обладнання, оскiльки геотермальнi води звичайно мають високий вмiст сiрки.
Вибираючи стратегiчнi шляхи розвитку енергетики, доводиться враховувати, що отримання енергiї з невiдновлюваних джерел обмежене наявнiстю сировини. Екологiчна конверсiя висуває на порядок денний бiоенергетику. Деревина та iншi види бiомаси непогане джерело енергiї, її можна:
а) спалювати;
б) перероблювати на бiогаз;
в) перероблювати на спирт, який придатний для спалювання у двигунах внутрiшнього згорання.
Як енергетична сировина, дуже вигiдний етанол. Вiн найменше забруднює навколишнє середовище продуктами згорання, енергоємний, але дорогий у виробництвi.
Серйозно вивчаються можливостi водневої енергетики. Водень можна отримувати гiдролiзом води з використанням сонячних електростанцiй, а потiм транспортувати у мiсця споживання. Спалювання водню практично не дає шкiдливих викидiв. Вивчається можливiсть отримання водню i бiотехнологiчним способом, за рахунок життєдiяльностi фотосинтезуючих бактерiй.
2
. Проблеми енергетики
енергiї це вiдбувається через кожнi 12-15 рокiв. При такому спiввiдношеннi темпiв росту населення й енергетики, енергооснащенiсть збiльшується не тiльки в сумарному виразi, але й у розрахунку на душу населення.
Є пiдстави очiкувати, що темпи виробництва i споживання енергiї в найближчiй перспективi iстотно змiняться (деяке уповiльнення їх у промислово розвитих країнах компенсується ростом енергооснащеностi країн третього свiту), тому важливо одержати вiдповiдi на наступнi питання:
перспективi;
- чи можна зменшити негативний вплив на середовище сучасних (традицiйних) методiв одержання i використання енергiї;
- якi можливостi виробництва енергiї за рахунок альтернативних (нетрадицiйних) ресурсiв, таких як енергiя сонця, вiтру, термальних вод i iнших джерел, що вiдносяться до невичерпних й екологiчно чистих.
В даний час енергетичнi потреби забезпечуються в основному за рахунок трьох видiв енергоресурсiв: органiчного топлива, води й атомного ядра. Енергiя води й атомна енергiя використовуються людиною пiсля перетворення її в електричну енергiю. У той же час значна кiлькiсть енергiї, що є в органiчному паливi, використовується у виглядi теплової i тiльки частина її перетворюється в електричну. Однак i в тому i в iншому випадку вивiльнення енергiї з органiчного палива пов'язано з його спалюванням, а отже, i з надходженням продуктiв горiння в навколишнє середовище.
2. 1. Екологiчнi проблеми теплової енергетики
розвитих країнах нафта i нафтопродукти використовуються в основному для забезпечення нестаткiв транспорту. Наприклад, у США (данi на 1995 р.) нафта в загальному енергобалансi країни складала 44%,а в одержаннi електроенергiї -тiльки 3%. Для вугiлля характерна протилежна закономiрнiсть: при 22% у загальному енергобалансi вiн є основним в одержаннi електроенергiї - 52%). У Китаї частка вугiлля в одержаннi електроенергiї близька до 75%, у той же час у Росiї переважним джерелом одержання електроенергiї є природний газ (близько 40%), а на долю вугiлля приходиться тiльки 18% одержуваної енергiї, частка нафти не перевищує 10%.
У свiтовому масштабi гiдроресурси забезпечують одержання близько 5-6% електроенергiї (у Росiї 20,5%), атомна енергетика, дає 17-18% електроенергiї. У Росiї її частка близька до 12%, а в рядi країн вона є переважно в енергетичному балансi (Францiя - 74%, Бельгiя -61%, Швецiя - 45%).
Спалювання палива - не тiльки основне джерело енергiї, але i найважливiший постачальник у середовище забруднюючих речовин. Тепловi електростанцiї найбiльшою мiрою «вiдповiдальнi» за парниковий ефект, що пiдсилюється, i випадання кислотних опадiв. Вони, разом iз транспортом, поставляють в атмосферу основну частку техногенного вуглецю (в основному у виглядi З2), близько 50% двоокису сiрки, 35% - окислiв азоту i близько 35% пилу. Тепловi електростанцiї в 2-4 рази сильнiше забруднюють середовище радiоактивними речовинами, чим АЕС такої ж потужностi.
Можна вважати, що теплова енергетика впливає практично на всi елементи середовища, а також на людину, iншi органiзми i їхнi спiвтовариства.
Разом з тим вплив енергетики на середовище i її мешканцiв у бiльшiй мiрi залежить вiд виду використовуваних енергоносiїв (палива). Найбiльш чистим паливом є природний газ, нафта (мазут), кам'яне вугiлля, буре вугiлля, сланцi, торф.
ведуче значення вже в першiй чвертi XXI сторiччя. Тут доречно згадати висловлення Д. І. Менделєєва про неприпустимiсть використання нафти як палива: «нафта не паливо - топити можна й асигнацiями».
Не виключена iмовiрнiсть iстотного збiльшення у свiтовому енергобалансi використання вугiлля. По наявних розрахунках, запаси вугiль такi, що вони можуть забезпечувати свiтовi потреби в енергiї протягом 200-300 рокiв. Можливий видобуток вугiлля, з облiком розвiданих i прогнозних запасiв, оцiнюється бiльш нiж у 7 трильйонiв тон. При цьому бiльш 1/3 свiтових запасiв вугiлля знаходиться на територiї Росiї. Тому закономiрно очiкувати збiльшення частки вугiлля чи продуктiв його переробки (наприклад, газу) в одержаннi енергiї, а отже, i в забрудненнi середовища. Вугiлля мiстять вiд 0,2 до десяткiв вiдсоткiв сiрки в основному у видi пiриту, сульфату, закисного залiза i гiпсу. Наявнi способи вилучення сiрки при спалюваннi палива далеко не завжди використовуються через складнiсть i дорожнечу. Тому значна кiлькiсть її надходить i, очевидно, буде надходити в найближчiй перспективi в навколишнє середовище. Серйознi екологiчнi проблеми пов'язанi з твердими вiдходами ТЕС - золою i шлаками. Хоча зола в основнiй масi уловлюється рiзними фiльтрами, все-таки в атмосферу у виглядi викидiв ТЕС щорiчно надходить близько 250 млн. т дрiбнодиспесних аерозолей. Останнi здатнi помiтно змiнювати баланс сонячної радiацiї в земної поверхнi. Вони ж є ядрами конденсацiї для пар води i формування опадiв; а потрапляючи в органи дихання людини й iнших органiзмiв, викликають рiзнi респiраторнi захворювання.
Викиди ТЕС є iстотним джерелом такої сильної канцерогенної речовини, як бензопирен. З його дiєю пов'язане збiльшення онкологiчних захворювань. У викидах вугiльних ТЕС мiстяться також окисли кремнiю й алюмiнiю. Цi матерiали здатнi руйнувати легеневу тканину i викликати таке захворювання, як силiкоз, яким ранiше хворiли шахтарi. Зараз випадки захворювання силiкозом реєструються в дiтей, що проживають поблизу вугiльних ТЕС.
Серйозну проблему поблизу ТЕС представляє наявнiсть золи й iшакiв. Для цього вимагаються значнi територiї, що довгий час не використовуються, а також є вогнищами нагромадження важких металiв i пiдвищеної радiоактивностi.
2. 2. Екологiчнi проблеми гiдроенергетики
Один з найважливiших впливiв гiдроенергетики пов'язаний з вiдчуженням значних площ родючих (заплавних) земель пiд водоймища. У Росiї, де за рахунок використання гiдроресурсiв виробляється не бiльш 20% електричної енергiї, при будiвництвi ГЕС затоплено не менш 6 млн. га земель. На їхньому мiсцi знищенi природнi екосистеми.
Значнi площi земель поблизу водоймищ випробують пiдтоплення в результатi пiдвищення рiвня ґрунтових вод. Цi землi, як правило, переходять у категорiю заболочених. У рiвнинних умовах пiдтопленi землi можуть складати 10% i бiльш вiд затоплених. Знищення земель i властивих їм екосистем вiдбувається також у результатi їхнього руйнування водою при формуваннi берегової лiнiї. Цi процеси звичайно продовжуються десятилiттями, мають як наслiдок переробку великих мас грунтiв, забруднення вод, замулення водоймищ. Таким чином, з будiвництвом водоймищ пов'язане рiзке порушення гiдрологiчного режиму рiк, властивих їм екосистем i видового складу гiдробiонтiв. Так, Волга практично практично перетворена в безупинну систему водоймищ.
Погiршення якостi води у водоймищах вiдбувається по рiзним причинам. У них рiзко збiльшується кiлькiсть органiчних речовин як за рахунок поглинутих пiд воду екосистем (деревина, iншi рослиннi залишки, гумус ґрунтiв i т. п.), так i внаслiдок їхнього нагромадження в результатi уповiльненого водообмiну. Це свого роду вiдстiйники й акумулятори речовин, що надходять з водозборiв.
У водоймищах рiзко пiдсилюється прогрiвання вод, що iнтенсифiкує втрату ними кисню й iншi процеси, що обумовлюються тепловим забрудненням. Останнє, разом з нагромадженням бiогенних речовин, створює умови для заростання водойм i iнтенсивного розвитку водоростей, у тому числi й отрутних. З цих причин рiзко знижується їхня здатнiсть до самоочищення. Погiршення якостi води веде до загибелi багатьох її мешканцiв. Зростає захворюванiсть рибної череди. Знижуються смаковi якостi мешканцiв водяного середовища.
Порушуються шляхи мiграцiї риб, йде руйнування кормових угiдь, нерестовищ i т. п. Волга багато в чому утратила своє значення як нерестовище для осетрових Каспiю пiсля будiвництва на нiй каскаду ГЕС.
У кiнцевому рахунку перекритi водоймищами рiчковi системи з транзитних перетворюються в транзитноаккумулятивнi. Продукти акумуляцiї роблять проблематичним можливiсть використання територiй, займаних водоймищами, пiсля їхньої лiквiдацiї. В результатi замулення рiвниннi водоймища втрачають свою цiннiсть як енергетичнi об'єкти через 50-100 рокiв пiсля їхнього будiвництва. Наприклад, пiдраховано, що велика Асуанська гребля, побудована на Нiлу в 60-i роки, буде наполовину замулена вже до 2025 року. Незважаючи на вiдносну дешевину енергiї, одержуваної за рахунок гiдроресурсiв, частка їх в енергетичному балансi поступово зменшується. Це пов'язано як з вичерпанням найбiльш дешевих ресурсiв, так i з великою територiальною ємнiстю рiвнинних водоймищ. Вважається, що в перспективi свiтове виробництво енергiї на ГЕС не буде перевищувати 5% вiд загальної.
щорiчно випаровується близько 6 км3. Це приблизно 2-3 рiчнi норми споживання води Москвою. З пiдвищеним випаром пов'язане зниження температури повiтря, збiльшення мрячних явищ. Розходження теплових балансiв водоймищ i прилягаючої сушi обумовлює формування мiсцевих вiтрiв типу бризiв. Цi, а також iншi явища мають як наслiдок змiну экосистем (не завжди позитивну), змiна погоди. У рядi випадкiв у зонi водоймищ приходиться змiнювати напрямок сiльського господарства. Наприклад, у пiвденних районах нашої країни деякi теплолюбнi культури (баштаннi) не встигають дозрiвати, пiдвищується захворюванiсть рослин, погiршується якiсть продукцiї.
Витрати гiдробудiвництва для середовища помiтно менше в гiрських районах, де водоймища звичайно невеликi по площi. Однак у сейсмонебезпечних гiрських районах водоймища можуть провокувати землетрус. Збiльшується iмовiрнiсть зсувних явищ i iмовiрнiсть катастроф у результатi можливого руйнування гребель. Так, у 1960 р. в Індiї (штат Гунжарат) у результатi прориву греблi вода забрала 15 тисяч життiв людей.
Безсумнiвно, що в найближчiй перспективi теплова енергетика буде залишатися переважною в енергетичному балансi свiту й окремих країн. Велика iмовiрнiсть збiльшення частки вугiль i iнших видiв менш чистого палива в одержаннi енергiї. У цьому зв'язку розглянемо деякi шляхи i способи їхнього використання, що дозволяють iстотно зменшувати негативний вплив на середовище. Цi способи базуються в основному на удосконалюваннi технологiй пiдготовки палива й уловлювання шкiдливих вiдходiв. Розглянемо найбiльш вживанi способи:
1. Використання й удосконалювання очисних пристроїв. В даний час на багатьох ТЕС уловлюються в основному твердi викиди за допомогою рiзного виду фiльтрiв. Найбiльш агресивний забруднювач - сiрчистий ангiдрид на багатьох ТЕС не уловлюється чи уловлюється в обмеженiй кiлькостi. У той же час є ТЕС (США, Японiя), на яких виробляється практично повне очищення вiд даного забруднювача, а також вiд окисленого азоту й iнших шкiдливих речовин. Для цього використовуються спецiальнi десульфурацiйнi (для уловлювання дiоксиду i трiоксиду сiрки) i денiтрифiкацiйнi (для уловлювання окисленого азоту) установки. Найбiльш широке уловлювання окисленої сiрки й азоту здiйснюється за допомогою пропущення димових газiв через розчин амiаку. Кiнцевими продуктами такого процесу є амiачна селiтра, що використовується як мiнеральне добриво чи розчин сульфiту натрiю (сировина для хiмiчної промисловостi). Такими установками уловлюється до 96% окисленої сiрки i 80% оксидiв азоту. Існують i iншi методи очищення вiд названих газiв.
2. Зменшення надходження сiрки в атмосферу за допомогою попередньої десульфурацiї вугiль i iнших видiв палива (нафта, газ, пальнi сланцi) хiмiчними чи фiзичними методами. Цими методами вдається витягти з палива вiд 50 до 70% сiрки до моменту його спалювання.
3. Великi i реальнi можливостi зменшення чи стабiлiзацiї надходження забруднень у середовище пов'язанi з економiєю електроенергiї. Особливо великi такi можливостi для Росiї за рахунок зниження енергоємностi одержуваних виробiв. Наприклад, у США на одиницю одержуваної продукцiї витрачалося в середньому в 2 рази менше енергiї, нiж у колишньому СРСР. У Японiї така витрата була меншою у три рази. Не менш реальна економiя енергiї за рахунок зменшення металоємностi продукцiї, пiдвищення її якостi i збiльшення тривалостi життя виробiв. Перспективне енергозбереження за рахунок переходу на наукомiсткi технологiї, пов'язанi з використанням комп'ютерних i iнших пристроїв.
Украй марнотратне використання електричної енергiї для одержання тепла. Важливо мати на увазi, що одержання електричної енергiї на ТЕС пов'язано з утратою приблизно 60-65% теплової енергiї, а на АЕС - не менш 70% енергiї. Енергiя губиться також при передачi її по проводах на вiдстань. Тому пряме спалювання палива для одержання тепла, особливо газу, набагато рацiональнiше, чим через перетворення його в електрику, а потiм знову в тепло.
з передачею на вiдстань. Поряд з електроенергiєю на ТЭЦ використовується тепло, що уловлюється охолодними агентами. При цьому помiтно скорочується iмовiрнiсть теплового забруднення водяного середовища. Найбiльш економiчне одержання енергiї на невеликих установках типу ТЭЦ безпосередньо в будинках. У цьому випадку втрати теплової й електричної енергiї знижуються до мiнiмуму. Такi способи в окремих країнах знаходять усе бiльше застосування.
Висновок
Можна зробити висновок, що сучасний рiвень знань, а також наявнi i технологiї, що знаходяться в стадiї розробок, дають пiдставу для оптимiстичних прогнозiв: людству не загрожує тупикова ситуацiя нi у вiдношеннi вичерпання енергетичних ресурсiв, нi в планi породжуваних енергетикою екологiчних проблем. Є реальнi можливостi для переходу на альтернативнi джерела енергiї (невичерпнi й екологiчно чистi). З цих позицiй сучаснi методи одержання енергiї можна розглядати як свого роду перехiднi. Питання полягає в тому, яка тривалiсть цього перехiдного перiоду i якi є можливостi для його скорочення.
Проблеми енергетики України можуть бути досить успiшно вирiшеними вже до 2015 року шляхом:
а) реконструкцiї усiх гiдровузлiв;
б) збереження великих ГЕС для задоволення потреб в енергiї у години пiкових навантажень;
в) переходу на отримання енергiї, головним чином, в системi малих та середнiх ГЕС, якi вiдповiдають гiдроресурсам України.
І, звiсно, будь-якi види енергiї повиннi витрачатися дуже бережливо.
Використана лiтература:
1. Банников А. Г., Рустамов А. К., Вакулин А. А. Охрана природы. М.: Агропромиздат, 1995.
2. Воронков Н. А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей. М.:Агар, 1999.
5. Человек и экология : Сборник / Ред. Н. Филипповский. - М.: Знание, 1990.
| 
