Проблема энергетики и охрана окружающей среды – «проблемы энергетики и охраны окружающей среды». Скачать бесплатно и без регистрации.

Содержание

Проблема энергетики в связи с охраной окружающей среды

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-03-13 Заказать написание уникльной работы

Загрузка…

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический

Университет

Факультет Экономики и Менеджмента

Кафедра новых технологий и материалов

Реферат

По курсу: Экологические основы природопользования

На тему: Проблема энергетики в связи с охраной окружающей среды

Выполнила:

студентка группы 2072/1

Головкина Анастасия Сергеевна

Проверила:

Соболева Анастасия Михайловна

Санкт-Петербург

2006 г.

Оглавление

1. Введение………………………………………………………………………………………………………………….3

2. Проблемы энергетики…………………………………………………………………………………………….8

2.1. Экологические проблемы тепловой энергетики………………………………………………9

2.2. Экологические проблемы гидроэнергетики……………………………………………………12

2.3. Экологические проблемы ядерной энергетики……………………………………………..15

2.4. Некоторые пути решения проблем современной энергетики………………………17

3. Заключение…………………………………………………………………………………………………………..19

Список использованной литературы………………………………………………………………………20

1. Введение

Понятие «энергетика» включает в себя методы получения и использования различных видов энергии для нужд человеческого общества. Энергетика, или иначе «топливно-энергетический комплекс», — одна из основ развития современного общества; эффективность решения социальных, экономических и технических задач, а также антропогенных преобразований природы в значительной мере определяется выработкой энергии и масштабностью энергоресурсов.

Темпы научно-технического прогресса и интенсификация производства находятся в прямой зависимости от состояния энергетики. Она оказывает весьма существенное влияние на природную среду, являясь источником различных видов загрязнения воздуха, воды, земной поверхности и недр, а также основным потребителем минерального топлива, определяющим уровень его добычи.

Первоисточником большинства видов энергии служит солнечная радиация. Солнце ежесекундно направляет на Землю энергию, равную 16,76*1013 кДж, половина которой, проходя через атмосферу, достигает поверхности нашей планеты. Часть поглощаемой атмосферой и гидросферой энергии затрачивается на круговорот воды в природе или превращается в энергию ветра, волн и океанских течений. Доля энергии, воспринимаемая верхним слоем литосферы, расходуется на накопление теплоты и поверхностной энергии пород, приводящей к их разрушению, вплоть до мелкодисперсного состояния (пески, глины), а также на другие процессы. Значительная часть солнечной энергии расходуется в биосфере на фотосинтез и создание живого вещества.

К энергии, непосредственно не связанной с солнечной радиацией, относят тепловую энергию земных недр, энергию океанских и морских приливов, тепловую энергию, получаемую при сжигании биологических (древесины) и геохимических (торф, уголь, нефть, газ) «аккумуляторов солнечной энергии», электроэнергию, атомную энергию и энергию некоторых химических процессов (например, широко используемую в горном производстве энергию взрыва).

Еще в недалеком прошлом основными энергетическими источниками, используемыми человеческим обществом, была мускульная сила процессов людей и животных, затем для наиболее трудоемких производственных процессов и транспорта стала использоваться энергия ветра и водотоков. С начала прошлого столетия основой энергетики становится энергия пара, производство которой было связано с расходованием топливных ресурсов и сопровождалось загрязнением атмосферы и земной поверхности.

Значительная роль в современной энергетике принадлежит также энергии «внутреннего сгорания» жидкого топлива, превращаемой преимущественно в механическую энергию транспортных машин.

Паровая энергия имеет весьма ограниченное применение и используется в основном в железнодорожном транспорте.

Производство энергии приводит к расходованию во все возрастающих количествах топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и загрязнению биосферы. При производстве энергии, связном со сжиганием любого вида топлива, происходит “тепловое загрязнение” природной среды. Считают, однако, что необратимые последствия теплового загрязнения будут иметь место при стократном по сравнению с современным увеличением энергопотребления.

Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.

Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества.

Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос — дом, жилище; логос — учение).

По этой причине экологию иногда связывают только с учением о среде обитания (доме) или окружающей среде. Последнее в основе правильно с той, однако, существенной поправкой, что среду нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне их среды обитания. Это составные части единого функционального целого, что и подчеркивается приведенным выше определением экологии как науки о взаимоотношениях организмов и среды.

Такую двустороннюю связь важно подчеркнуть в связи с тем, что это основополагающее положение часто не доучитывается: экологию сводят только к влиянию среды на организмы. Ошибочность таких положений очевидна, поскольку именно организмы сформировали современную среду. Им же принадлежит первостепенная роль в нейтрализации тех воздействий на среду, которые происходили и происходят по различным причинам.

В настоящее время термин «экология» существенно трансформировался. Она стала больше ориентированной на человека в связи с его исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду.

Сказанное позволяет дополнить определение «экологии» и назвать задачи, которые она призвана решать в настоящее время. Современную экологию можно рассматривать как науку, занимающуюся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека со средой, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане — это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобрел (или приобретает) глобальные масштабы — в пределах всей планеты Земля.

Становится все более ясным, что человек очень мало знает о среде, в которой он живет, особенно о механизмах, которые формируют и сохраняют среду. Раскрытие этих механизмов (закономерностей) — одна из важнейших задач современной экологии и экологического образования. Ясно, что она может решаться лишь при условии изучения не только «дома», но и его обитателей, их образа жизни.

Содержание термина «экология», таким образом, приобрело социально-политический, философский аспект. Она стала проникать практически во все отрасли знаний, с ней связывается гуманизация естественных и технических наук, она активно внедряется в гуманитарные области знаний. Экология при этом рассматривается не только как самостоятельная дисциплина, а как мировоззрение, призванное пронизывать все науки, технологические процессы и сферы деятельности людей.

Признано поэтому, что экологическая подготовка должна идти, по крайней мере, по двум направлениям через изучение специальных интегральных курсов и через экологизацию всей научной, производственной и педагогической деятельности.

Ясно, что без основательной общеэкологической подготовки экологизация образования, как и деятельности человека, практически невозможна, а если она и проводится — то либо не достигает цели, либо имеет результат, противоположный ожидаемому, так как базируется на случайных, часто фрагментарных положениях, что недопустимо для системной науки, к рангу которой относится «экология».

Наряду с экологическим образованием существенное внимание уделяется экологическому воспитанию, с которым связывается бережное отношение к природе, культурному наследию, социальным благам. Без серьезного общеэкологического образования решение этой задачи также весьма проблематично.

В обобщенном виде «общая экология» изучает наиболее общие закономерности взаимоотношений организмов и их сообществ со средой в естественных условиях.

«Социальная экология» рассматривает взаимоотношения в системе «общество — природа», специфическую роль человека в системах различного ранга, отличие этой роли от других живых существ, пути оптимизации взаимоотношений человека со средой, теоретические основы рационального природопользования.

С точки зрения основного содержания предмета «общая экология» есть не что иное, как экология природных систем и учение о природной среде, а «социальная и прикладная экология» — экология измененных человеком природных систем и среды, или экология природно-антропогенных систем и учение о природно-антропогенной (иногда техногенной) среде.

2. Проблемы энергетики

Энергетика — это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся (некоторое замедление их в промышленно развитых странах компенсируется ростом энерговооруженности стран третьего мира), поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;
можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;
каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой, и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том, и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.

2.1. Экологические проблемы тепловой энергетики

За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%, а в получении электроэнергии — только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии — 52%. В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает 10%.

В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5-6% электроэнергии (в России 20,5%), атомная энергетика дает 17-18% электроэнергии. В России ее доля близка к 12%, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция — 74%, Бельгия -61%, Швеция — 45%).

Сжигание топлива — не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50% двуокиси серы, 35% — окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

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.

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.).

2.2. 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.

2.3. 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.

2.4. 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;
большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности для России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других устройств;
не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше;

Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду, что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на АЭС — не менее 70% энергии. Энергия теряется также при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло.

заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объекты получения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

3. Заключение

В заключение можно сделать вывод, что современный уровень знаний, а также имеющиеся и находящиеся в стадии разработок технологии дают основание для оптимистических прогнозов: человечеству не грозит тупиковая ситуация ни в отношении исчерпания энергетических ресурсов, ни в плане порождаемых энергетикой экологических проблем. Есть реальные возможности для перехода на альтернативные источники энергии (неисчерпаемые и экологически чистые). С этих позиций современные методы получения энергии можно рассматривать как своего рода переходные. Вопрос заключается в том, какова продолжительность этого переходного периода и какие имеются возможности для его сокращения.

Список использованной литературы:

1. Охрана окружающей среды: Учебник для горных и геологических спец. вузов/С. А. Брылов, Л. Г. Грабчак, В. И. Комащенко и др.; Под ред. С. А. Брылова и К. Штродки. М.: Высш. шк., 1985.

2. Е. К. Федоров Экологический кризис и социальный прогресс. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

3. Банников А. Г., Рустамов А. К., Вакулин А. А. Охрана природы: Учеб. для с.-х. учеб. заведений. — М.: Агропромиздат, 1995.

4. Воронков Н. А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей. — М.: Агар, 1999.

5. Корнеева А. И. Общество и окружающая среда. — М.: Мысль, 1995.

samzan.ru

Реферат Проблема энергетики в связи с охраной окружающей среды

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический

Университет

Факультет Экономики и Менеджмента

Кафедра новых технологий и материалов

Реферат

По курсу: Экологические основы природопользования

На тему: Проблема энергетики в связи с охраной окружающей среды

Выполнила:

студентка группы 2072/1

Головкина Анастасия Сергеевна

Проверила:

Соболева Анастасия Михайловна

Санкт-Петербург

2006 г.

Оглавление

1. Введение………………………………………………………………………………………………………………….3

2. Проблемы энергетики…………………………………………………………………………………………….8

2.1. Экологические проблемы тепловой энергетики………………………………………………9

2.2. Экологические проблемы гидроэнергетики……………………………………………………12

2.3. Экологические проблемы ядерной энергетики……………………………………………..15

2.4. Некоторые пути решения проблем современной энергетики………………………17

3. Заключение…………………………………………………………………………………………………………..19

Список использованной литературы………………………………………………………………………20

1. Введение

Понятие «энергетика» включает в себя методы получения и использования различных видов энергии для нужд человеческого общества. Энергетика, или иначе «топливно-энергетический комплекс», — одна из основ развития современного общества; эффективность решения социальных, экономических и технических задач, а также антропогенных преобразований природы в значительной мере определяется выработкой энергии и масштабностью энергоресурсов.

Первоисточником большинства видов энергии служит солнечная радиация. Солнце ежесекундно направляет на Землю энергию, равную 16,76*10¹³ кДж, половина которой, проходя через атмосферу, достигает поверхности нашей планеты. Часть поглощаемой атмосферой и гидросферой энергии затрачивается на круговорот воды в природе или превращается в энергию ветра, волн и океанских течений. Доля энергии, воспринимаемая верхним слоем литосферы, расходуется на накопление теплоты и поверхностной энергии пород, приводящей к их разрушению, вплоть до мелкодисперсного состояния (пески, глины), а также на другие процессы. Значительная часть солнечной энергии расходуется в биосфере на фотосинтез и создание живого вещества.

2. Проблемы энергетики

Энергетика — это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;
можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;
каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

2.1. Экологические проблемы тепловой энергетики

2.2. Экологические проблемы гидроэнергетики

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.

2.3. Экологические проблемы ядерной энергетики

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.

2.4. Некоторые пути решения проблем современной энергетики

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;
большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности для России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других устройств;
не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше;

заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объекты получения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

3. Заключение

Список использованной литературы:

1. Охрана окружающей среды: Учебник для горных и геологических спец. вузов/С. А. Брылов, Л. Г. Грабчак, В. И. Комащенко и др.; Под ред. С. А. Брылова и К. Штродки. – М.: Высш. шк., 1985.

2. Е. К. Федоров Экологический кризис и социальный прогресс. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

5. Корнеева А. И. Общество и окружающая среда. — М.: Мысль, 1995.

nreferat.ru

Энергетика и окружающая среда

Энергетика и окружающая среда.

Развитие современной энергетики связано со значительным и многосторонним воздействием на окружающую среду — от локального до глобального масштаба. При добыче энергетических ресурсов (угля, урана) перемещаются значительные массы пород земной коры, нарушается гидрологический режим в районах добычи. Шахтные воды, буровые растворы и аварийные выбросы скважин загрязняют подземные воды и открытую континентальную гидросеть. Подводная добыча и перевозка нефти в танкерах ведут к загрязнению нефтью поверхностных вод океана (аварии танкеров, выбросы при авариях на буровых). Строительство крупных ГЭС с водохранилищами на равнинных реках нарушает гидрологический режим как самих рек, так и прилегающей к водохранилищам территории, ведет к изъятию из хозяйственного пользования обширных земельных массивов.

Эксплуатация крупных ТЭС связана со значительными выбросами в окружающую среду твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ. Периодические промывки пароводяного тракта ТЭС и регенерация фильтров системы гидрозолоудаления дают немалый объем загрязненных вод и растворов. С охлаждающей водой сбрасывается большое количество низкопотенциального тепла, что создает проблему повышения температуры внутренней гидросети, могущей оказывать нежелательное влияние на гидрофлору и фауну.

В индустриальных урбанизированных районах обостряется проблема защиты атмосферы от выбросов энергетических объектов — продуктов полного и неполного сгорания органического топлива. К первым относятся окислы серы и зола, ко вторым — окись углерода, сажа, углеводороды; кроме того, при высоких температурах образуются окислы азота. Несмотря на опережающий рост ядерной энергетики, в первой четверти XXI в. выбросы окислов серы могут превысить 300 млн. т в год, окислов азота — 150 млн., окиси углерода — 500 млн. т. Глобальное воздействие энергетики на окружающую среду в настоящее время связывается с влиянием на климат нашей планеты. Энергетика меняет тепловой баланс атмосферы как непосредственно — путем выделения техногенного тепла, так и, по-видимому, в еще большей мере косвенно — меняя ее физико-химический состав. Изменение последнего ведет к соответствующему изменению общепланетарного альбедо и к смещению энергетического равновесия.

Современный уровень антропогенных выбросов тепла пока в несколько тысяч раз меньше поглощаемой землей солнечной энергии. При расходе к концу XXI в. 60—80 млрд. тут в год антропогенная энергия составит около 0,1% доходящей до поверхности солнечной радиации. Равномерное распределение по планете этого дополнительного тепла могло бы повысить среднюю глобальную температуру нижнего слоя атмосферы более чем на 0,2—0,3° С, т. е. его влияние было бы пренебрежимо малым. Однако расчеты показывают, что воздействие техногенного тепла резко усиливается территориальной неравномерностью его поступления. Именно это обстоятельство потенциально может изменить глобальный рисунок климата планеты даже при меньшем общем притоке тепла. «Тепловые острова» дестабилизируют динамический режим атмосферы, что повышает вероятность экстремальных погодных условий. Уже в первой половине XXI в. эффект от «тепловых островов» может достичь величины, сопоставимой с естественными флуктуациями климата, а во второй половине XXI в. — даже превзойти их.

Еще большую роль может сыграть рост концентрации двуокиси углерода и аэрозолей в атмосфере. Более детально эти вопросы рассмотрены в главе о климате, а здесь мы отметим, что количество углекислого газа, содержащегося в атмосфере, в 1980 г. оценивается в 2,3 трлн. т, при этом вклад от суммарных антропогенных выбросов за последние 120 лет составляет 900 млрд. т. При росте мирового производства энергии к 2100 г.

Примерно до 80 млрд. тут и средней доле органического топлива (за 1981— 2100 гг.) около 45% суммарные дополнительные выбросы дадут еще примерно 5 трлн. т. До сих пор считалось, что рост концентрации СО2 может привести к повышению приповерхностной температуры воздуха на 2—2,5° С при каждом удвоении содержания углекислого газа в атмосфере. При этом в умеренных широтах повышение может быть в 2—3, а полярных — в 4—5 раз больше среднего. Это приведет к изменению метеорологических и гидрологических параметров планеты. Арктический ледовый покров сократится, границы всех климатических зон сместятся на север, увлажненность в степной и лесостепной зонах, т. е. в зонах наиболее плодородных черноземных каштановых почв, уменьшится. Однако сейчас предполагается, что влияние CO2 будет не столь велико, так как темпы роста концентрации СО2 за счет ряда процессов будут замедлены (увеличение растворимости СО2 в водах Мирового океана, интенсификация роста растительности), а сами масштабы выбросов в атмосферу будут увеличиваться медленнее по мере развития ядерной энергетики и сокращения потребления органического топлива.

Опасные последствия может иметь разрушение «озонового барьера» в стратосфере, который задерживает губительные для жизни ультрафиолетовые лучи. Окислы азота и фреона, вступая под воздействием ультрафиолетовой радиации в фотохимические реакции с озоном, уменьшают его концентрацию. Требуется тщательный количественный анализ этого процесса и в случае достаточно обоснованного неблагоприятного прогноза эффективное согласование на международном уровне мер для предотвращения опасной ситуации.

В целом к концу XXI в. переходный период от энергетики, базирующейся на ограниченных (органических) видах топлива, к энергетике на неисчерпаемой основе может быть в значительной мере завершен. При этом в течение рассматриваемого периода следует ожидать почти полного исчерпания высококачественных углеводородных видов топлива (природной нефти и традиционных ресурсов природного газа). Напротив, интегральный расход угля на этот период составит лишь 10% от его геологических запасов.

Осуществление перехода к новой энергетической базе потребует больших усилий по разработке и освоению новых энергетических технологий. Затраты на одновременное решение всего круга проблем переходного периода в ряде случаев оказываются не по силам отдельным странам, даже таким, как СССР и США. В этой связи требуется определенная международная кооперация усилий и выделение наиболее важных и первоочередных этапов для разработки стратегии развития мировой энергетики. Одновременно возрастает роль международного обмена топливом и энергией, а также капиталом, оборудованием, материалами и знаниями. Даже сегодня в этот обмен должны включиться все страны — развитые и развивающиеся; только при всеобъемлющем сотрудничестве на взаимовыгодной и справедливой основе возможно решение глобальных энергетических проблем дальней перспективе.

studfiles.net

Энергетика и окружающая среда

Введение.

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. Содной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепло- и электроэнергии и т.д.

1. Проблемы энергетики.

Современный период развития человечества иногда характеризуют через три «Э»: энергетика, экономика, экология. Энергетика в этом ряду занимает особое место. Она является определяющей и для экономики, и для экологии. От нее в решающей мере зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, экосистемы и биосферу в целом. Самые острые экологические проблемы (изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды и другие) прямо или косвенно связаны с производством, либо с использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только в химическом, но и в других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном, электромагнитном, радиоактивном. Поэтому не будет преувеличением сказать, что от решения энергетических проблем зависит возможность решения основных экологических проблем. Энергетика — это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

— какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;

— можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;

— каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду. Познакомимся с основными экологическими последствиями современных способов получения и использования энергии.

1.1. Экологические проблемы тепловой энергетики

За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%, а в получении электроэнергии -только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии (52%). В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает 10%.

Сжигание топлива — не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО), около 50% двуокиси серы, 35% — окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

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.

Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице 1.

Вместе с тем 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. т. 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 бензо(а)пирен. 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 и шлаков. 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 СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. т/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 сопутствующиеему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

1.2. Экологические проблемы гидроэнергетики

mirznanii.com

Экологические и энергетические проблемы современности Текст научной статьи по специальности «Охрана окружающей среды. Экология человека»

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология 3. Гринберг Г.А. О решении обобщённой задачи Стефана о промерзании жидкости, а также родственных задач теории теплопроводности, диффузии и др.// ХТФ, 1967. Т.37 №9.

Экологические и энергетические проблемы современности

проф. д.т.н. Латышенко К.П., преп. к.т.н. Гарелина С.А.

Университет машиностроения [email protected]

Академия гражданской защиты МЧС РФ

[email protected]

Аннотация. Настоящая статья является первой частью работы, посвящённой плазмохимической переработке полимерных отходов и других токсичных органических соединений в водород и другую ликвидную продукцию.

В работе показаны масштабы глобальности экологической и энергетической проблем современности. Экологическая проблема связанна с загрязнением природной среды полимерными отходами. Энергетическая проблема — с традиционными подходами современной энергетики, в частности, с использованием ископаемого топлива для производства энергии и концентрацией мощностей для обеспечения эффективности работы глобальных энергосистем, что не гарантирует устойчивое развитие энергетики на длительную перспективу, не обеспечивает энергетическую безопасность страны.

Вторая часть работы посвящена выбору наиболее эффективных путей решения названных глобальных проблем современности.

Третья часть работы посвящена обзору экспериментальных и теоретических работ по изучению и применению различных видов плазмохимических технологий, на основе которого осуществлён выбор наиболее эффективной схемы реактора по плазмохимической переработке полимерных отходов в водород и другую ликвидную продукцию.

Ключевые слова: глобальные проблемы современности, экологическая проблема, полимерные отходы, уничтожение полимерных отходов, энергетическая проблема, традиционные подходы энергетики

«Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу

экологическими правонарушениями» Статья 42 Конституции РФ

Введение

Хорошо известно, что глобальные проблемы современности — это совокупность социо-природных проблем, которые охватывают весь мир, все человечество и требуют для своего решения международного сотрудничества. К глобальным проблемам относят экологические, демографические, мира и разоружения, продовольственную, энергетическую и сырьевую, здоровья людей, использования мирового океана, освоения космоса. Все эти проблемы тесно взаимосвязаны.

Наиболее катастрофический характер на сегодняшний день приобрела экологическая проблема, заключающаяся в истощении окружающей среды в результате нерационального природоиспользования, загрязнения её отходами человеческой деятельности, достигшая в некоторых странах масштабов экологической катастрофы (необратимые изменения природных комплексов, связанных с гибелью живых организмов).

Как известно, к глобальным факторам дестабилизации природной среды, которые про-

являются как последствия ЧС экологического характера, относят полимерные отходы.

Масштабы глобальности загрязнения природной среды полимерными отходами

По данным [1], в мире насчитывается свыше 400 различных видов пластмассовых отходов, эти отходы составляют 8 % от общего числа отходов, которых в РФ ежегодно образуется 60 млн. т. В общей массе полимерных отходов основную долю составляет полиэтилен-терефталат — 25 %, затем полиэтилены высокой и низкой плотности — по 15 % (мировое производство полиэтилена достигло уровня 100 млн. т/год), полипропилен — 13 %, полистирол -6 %, поливинилхлорид — 5% и прочие другие полимеры — 21 % [2]. Следует отметить, что мировое производство пластмасс ежегодно возрастает в среднем на 5 — 6 %, приводя к соответствующему увеличению количества отходов [2].

Рисунок 1

В РФ система утилизации отходов основана на их захоронении (более 80 %) на полигонах и неорганизованных свалках [3 — 5]. Очевидно, что свалки — серьёзный источник загрязнения почвы, грунтовых вод и атмосферы токсичными химикатами, свалочными газами. Продуктами разложения полимеров являются токсичные вещества [6, 7]. Хорошо известно, что предотвратить возгорания свалок невозможно, даже выполняя все технические условия. При горении свалок (см. рисунок 2) из полимерных отходов выделяются оксиды азота, серы, хлористый водород, диоксины и др., при этом ПДК опасных веществ превышены в 1000 и более раз. Известны многочисленные случаи ЧС вблизи горящих свалок в связи с повышенными выбросами в атмосферу продуктов горения. «Горящая свалка занимает первое место по количеству выбросов канцерогенных и мутагенных веществ» [8]. При тушение свалок происходит интоксикация грунтовых вод, что, естественно, оказывает также поражающее воздействие на людей. Следует отметить, что тушение свалок является чрезвычайно трудной и дорогостоящей задачей.

В целом в РФ под мусорные свалки отчуждено 0,8 млн. гектаров земель, среди которых есть плодородные чернозёмы [9]. Неэффективное, экологически неоправданное использование территории представляет также угрозу экологической безопасности [10].

Рисунок 2. Загрязнение атмосферы продуктами сгорания отходов

Рисунок 3. Плавающие пластиковые отходы

По данным Green Peace ежегодно в мире производится более 100 млн тонн пластиковых изделий и 10 % из них в конце концов попадает в мировой океан [11]. Из-за особенностей северотихоокеанской системы течений в океане существует стабильная неподвижная зона, в которую сносится все, что находится на его поверхности, и образуется колоссальная дрейфующая свалка («мусорный айсберг», «великое тихоокеанское мусорное пятно», «тихоокеанский мусороворот», самое популярное название этого явления «тихоокеанский мусорный остров»). Следует отметить, что органическая часть мусора довольно быстро разлагается, в отличие от пластика. Таким образом, гигантская свалка состоит на 80 % из пластмассовых отходов [12].

Рисунок 4. Океанская фауна, пострадавшая от платиковых отходов

По данным на 2009 г. вес этого «тихоокеанского мусорного острова» составляет более 3,5 млн тонн, а занимаемая площадь составляет более 1 млн. км2 [12,13]. Более того, мусорное скопление в океане растет с устрашающей быстротой, каждые 10 лет десятикратно увеличиваясь в размерах [12]. В природных условиях пластик не разлагается, под механическим воздействием ломается, крошится и превращается даже в пыль. Плавающие частицы похожи на зоопланктон и обитатели моря поглощают его, принимая за пищу. Таким путем пластмассовые отходы внедряются в океанские пищевые цепочки. Неразлагающиеся десятилетиями куски пластика таят в себе мучительную смерть для обитателей океана: животные погибают от того, что пластик со временем заполняет их желудки и они умирают от голода. По данным Комитета ООН по охране природы, ежегодно полимерные отходы являются причиной смерти почти 1 млн. птиц, 100 тысяч морских млекопитающих и неисчислимого количества рыб [9].

О мусорном острове говорят уже полвека, но практически никаких действий не предпринимается [12]. Объяснение простое: мусорный остров находится в нейтральных водах и, как свидетельствует эколог У. Чебот, «пока ни одна страна не спешит раскошелиться и проявить инициативу» [12]. Более того, береговая комиссия Калифорнии считает, что уже избавиться от этой напасти практически невозможно [12].

Итак, загрязнение природной среды полимерными отходами в настоящее время классифицируется учеными как экологическая катастрофа [12].

Следует отметить, что производство поливинилхлорида фактически приводит к потенциальному накоплению 12,5 кг диоксинов [14] в год, которые, в конечном счете, перейдут в окружающую среду либо в результате сжигания, либо в результате его естественного разложения [7].

Ввиду опасных последствий загрязнения природной среды полимерными отходами возникла необходимость в предотвращении поражения людей вредными факторами этих веществ. Это требует разработки новых методов и установок для обезвреживания полимерных.

Как известно, данная проблема является сложной научно-технической и экономической задачей, разработкой которой занимаются ведущие научные и технические учреждения, например, АКХ им. К.Д. Памфилова, ВНИПИэнергопром, ВТИ, Институт проблем электрофизики РАН, СПбГПУ, МЭИ, МГУП «Промотходы» и др. Анализ литературы показывает [1 — 5, 15, 16], что поиск путей решения проблемы уничтожения полимерных отходов продолжается. Следует отметить, что отсутствие приемлемых технологий переработки полимерных отходов является фактором, сдерживающим производство некоторых полимерных материалов, например таких, как поливинилхлорид [2].

Как известно, одним из факторов, определяющим целесообразность переработки твердых отходов, в том числе и полимерных, является их высокий энергетический потенциал.

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология Таким образом, одним из перспективных способов решения обозначенной проблемы является использование полимерных отходов в энергетических системах и комплексах [5, 15, 16]. Расчёты показывают, что от 10 до 20 % энергетический потребностей в развитых индустриальных странах может быть получена за счёт использования в энергетических системах и комплексах отходов [16].

Глобальные проблемы современной энергетики

Хорошо известно, что энергетическая безопасность представляет собой важнейшую часть проблемы безопасности существования государства. Так, одной из ключевых глобальных проблем современной энергетики является её ресурсное обеспечение [17]. Современная энергетика основана на невозобновляемых источниках энергии. По данным [17], около 80 % мировых потребностей в энергии покрываются за счёт ископаемого топлива: нефти (40 %), газа (23 %), угля (27 %). Также к числу глобальных факторов дестабилизации природной среды, которые проявляются как последствия чрезвычайных ситуаций экологического характера, относят проведение крупномасштабных работ по извлечению полезных ископаемых. Доступ к ископаемому топливу становится все более сложным и требует применения более совершенных технологий, что способствует увеличению его стоимости. Анализ литературы говорит о том, что российская энергетика уже не справляется с обеспечением возрастающего внутреннего спроса [18].

Воздействие современных энергетических систем и комплексов на природную среду хорошо изучено [18, 19, 20]: вклад энергетики в загрязнение природной среды составляет более трети от вклада других отраслей экономики. По данным [21], более 60 млн. человек живут в городах, где уровень токсичных газов превышает ПДК, в десятках городов в отдельные дни отмечается уровень загрязнения превышающих 10 ПДК. «Рано или поздно, традиционная энергетика может создать ту критическую массу отрицательного экологического воздействия, которая будет способна разрушить экосистему в силу установившихся необратимых процессов. Сохранение развития цивилизации, забота о здоровье грядущих поколений — вот обстоятельства, ставящие на первое место значимость критерия работоспособности любой энергосистемы по условиям ее воздействия на природу» [22].

Таким образом, в самой технологической схеме преобразования и передачи электроэнергии заложена экологическая опасность. Воздействие современной энергетики на природную среду представляет собой источник серьезной угрозы экологической безопасности вплоть до катастрофических последствий [19]. Очевидно, что ужесточение экологических требований, требований по безопасности и надежности традиционных энергетических систем и комплексов приводят к их значительному удорожанию [23]. Более того, весьма серьезные по величине загрязнения природной среды могут возникнуть в результате аварий на энергетических предприятиях, особенно в атомной промышленности: при аварии на Чернобыльской АЭС они приобрели глобальный характер (например, [19]).

Традиционные подходы обеспечения эффективности работы современных глобальных энергетических систем основаны на концентрации мощностей (единые энергосистемы охватывают только 30 % территории страны [24]), что приводит к экологическим катастрофам. Во-первых, концентрации генерирующих мощностей приводят к локализации опасных явлений в зоне генерации электроэнергии и локализации невозобновляемых ресурсов при потреблении, транспортировки и хранении [22]. Во-вторых, вынужденное приближение потребителей к энергосистемам приводит к разрастанию мегаполиса и к концентрации заполнения ограниченных территорий отходами производства и жизнедеятельности человека [22].

Таким образом, традиционные подходы современной энергетики (использование ископаемого топлива для производства энергии и концентрация мощностей для обеспечения эффективности работы глобальных энергосистем) не могут гарантировать устойчивое развитие энергетики на длительную перспективу и обеспечить энергетическую безопасность страны, важнейшим принципом обеспечения которой является экологическая безопасность.

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология Состояние и тенденции развития энерготехнологий переработки полимерных отходов

В мировой практике реализовано более десятка энерготехнологий переработки полимерных отходов, но наиболее интенсивно развиваются два основных направления:

1) использование как топливного материала, сжигание которого сопровождается выделением тепла и выработкой электричества;

2) получение энергоносителя, который можно хранить и транспортировать.

Целенаправленное использование отходов как топлива в промышленных масштабах

началось в 1870 г. в Англии на мусоросжигательном предприятии. По оценке Всероссийского теплотехнического института [5], наиболее распространенными технологиями являются:

— сжигание отходов на колосниковых решетках;

— сжигание в топке с псевдоожиженным (кипящим) слоем;

— технология «пиролиз — высокотемпературное сжигание».

Все построенные до настоящего времени в РФ и большинство зарубежных мусоросжигательных заводов работают по методу сжигания на колосниках в слоевой топке [5]. Сжигание отходов в топках с псевдоожиженным слоем широко распространено в Японии, в США работает завод по сжиганию отходов в циркулирующем псевдоожиженном слое [5]. По литературным данным [5], эти технологии не решают проблему утилизации и обезвреживания шлака и особенно летучей золы. Обезвредить их позволяют комбинированные технологии сжигания отходов при высокой температуре, например, «пиролиз — высокотемпературное сжигание». Первый крупномасштабный завод, работающий по данной технологии, построен в Германии. По данным на 2010 г., на заводе проводились только промышленные испытания [5].

Утилизация отходов в России имеет ряд особенностей, главная из них — суровый климат: из-за высокой влажности бытовых отходов их калорийность невысока [5]. Котельные установки, сжигающие твердые отходы, имеют низкий КПД, поскольку ограничение по параметрам пара обусловлено чрезвычайной коррозионной агрессивностью продуктов сгорания твердых отходов [25]. На практике оказалось, что использование отходов как топлива, приводит к еще большему загрязнению природной среды: потребление электроэнергии не постоянно, что, соответственно, приводит к колебаниям нагрузки топок мусоросжигающих котлов и, как следствие, — к дополнительному недожогу отходов и к ещё большему выбросу вредных веществ с дымовыми газами, шлаком, золой и сточными водами [26].

Более того, в работе [15] показано, что «простое использование органических отходов в качестве энергетического топлива является малоэффективными ввиду низкого удельного содержания углерода в отходах и связанных с этим высоких затрат на транспортировку данного топлива к месту использования».

Таким образом, технологии использования отходов как топливного материала, сжигание которого сопровождается выделением тепла и выработкой электричества, обладают, к сожалению, рядом существенных недостатков, препятствующих их широкому применению на практике.

На сегодняшний день альтернативным способом [15, 27, 28] использования полимерных отходов в энергетических системах и комплексах является получение из этих отходов водорода, представляющего собой высокоэффективное экологически чистое топливо для транспорта и развития водородной энергетики. В настоящее время вопросам получения, хранения и использования водорода в качестве энергетического топлива уделяется значительное внимание как со стороны государства, так и крупных коммерческих структур [27 — 31].

Согласно различным данным, обобщенным в [31], имеется две группы оценок мирового производства водорода. Согласно первой из них, «ежегодное мировое производство водорода к концу 1990-х гг. составляло 40 — 45 млн. т или 450 — 500 млрд. м ». Согласно второй группе оценок, мировое производство водорода составило 60 млн. т на 1990 и 80 млн. т на 1998 г. Как подчёркивается в [31], «в любом случае указанные объемы являются значитель-

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология ными, соответствуя 20 — 25 % ежегодной мировой добычи природного газа». При этом «основными потребителями водорода (95 %) является химическая промышленность и нефтепереработка».

Оценки показывают, что на сегодняшний день из полимерных отходов, захораниваемых на свалках, можно произвести 0,75 млн. т водорода в год. Помимо производства водорода переработка полимерных отходов может сопровождаться получением другой ликвидной продукции, например карбидов, хлоридов. Очевидно, что для стран, где мусора много (например, как Япония и Израиль [28]), это важно. По оценке, приведенной в [28], в развитой индустриальной стране семья производит в год достаточно мусора, чтобы на водороде, полученном из семейных отходов, мог бы целый год работать автомобиль. Если учесть потенциальную возможность производства водорода из других токсичных органических соединений смешанного класса опасности, подлежащих уничтожению, то общее количество водорода, которое можно получать из соединений, подлежащих уничтожению, может составить 2 -3 млн. т в год.

Заключение

Раскрытые конкретные проблемы современной экологии и энергетики показали настоятельную необходимость в их решении. Наиболее эффективным комплексным решением обозначенных проблем является переработка полимерных отходов в энергетических системах и комплексах в водород и другую ликвидную продукцию.

Использование полимерных отходов в энергетических системах и комплексах обеспечит предотвращение масштабного экологического кризиса, обусловленного отсутствием технологий переработки полимерных отходов, удовлетворяющих современным требованиям экономики и ресурсосбережения, и расширение сырьевой базы энергетики за счет использования энергетического потенциала этих полимерных отходов.

Литература

1. Остаева Г.Ю., Потапов И.И. Полимерные отходы и окружающая среда // Экологически системы и приборы. — 2002. — № 12. — С. 51 — 58.

2. Пономарева В.Т., Лихачева Н.Н., Ткачик З.А.//Пластические массы, 2002. — №5. С. 44 — 48.

3. МДС 13-8.2000. Концепция обращения с твёрдыми бытовыми отходами в Российской Федерации. Госстрой России // Федеральный центр благоустройства и экологической безопасности города и сельских поселений России. — Москва, 1999. — № 17.

4. Лобачева К.Г., Желтобрюхов В.Ф., Прокопов И.И. и др. Состояние вопроса об отходах и современных способах их переработки.- Волгоград: ВолГУ, 2005. — 176 с.

5. Тугов, А. Не превратить планету в свалку / А. Тугов, Н. Эскин, Д. Литун, О. Федоров // Наука и жизнь. — 1998. — №5.

6. Систер В.Г., Мирный Л.И. Современные технологии обезвреживания и утилизации твёрдых бытовых отходов. — М.: Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, 2003. — 303 с.

7. Федоров Л.А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. — М.: Наука, 1993. — 266с.

8. Киселев А. Названы главные опасности тлеющей свалки в Подмосковье // Электронно-периодическое издание «Взгляд.РУ». — 19.08.2010.

9. Любешкина Е. Обратная сторона упаковки // Наука и жизнь. — 2007. — № 3.

10. Герасимов А.В. Экологическая безопасность современной России: политика обеспечения // ЛГУ им. А.С.Пушкина, Моск. фил. — М.: РУДН, 2008. — 201 с.

11. Как сделать офис зелёным. Рекомендации Гринпис России. — М.: ОМННО «Совет Гринпис», 2010. — 65 с.

12. Мандалян Э. Мусорный остров // Русский Базар. — 2008. — № 2(612). С. — 10 — 16.

13. Мусорный остров. http://www.vokrugsveta.ru/news/8517/ (дата обращения 09.2011).

14. Катыс М. Свалки бытовых отходов и мусоросжигательные заводы — источники диоксинов // Радиосвобода. http://www.svoboda.org/programs/eco/2002/eco.053102.asp (дата обращения 08.2011).

15. Хомкин К.А. Экспериментальные исследования в обоснование технологии комплексной переработки органических отходов и природного газа в водород и углеродные материалы: дис. … канд. техн. наук. — Москва, 2005. — 141 с.

16. Коростылев, А.Б. Актуальные вопросы рециклинга, переработки отходов и чистых технологий / А.Б. Коростылев, Е.Ю. Быховская // Цветные металлы. — 2007. — №2. — С. 126.

17. Лаверов, Н.П. Топливно-энергетические ресурсы: состояние и рациональное использование / Н.П. Лаверов // Труды научной сессии РАН «Энергетика России: проблемы и перспективы» / под ред. В.Е. Фортова, Ю.Г. Леонова. — М.: Наука, 2006. — С. 21 — 29.

18. Ремизов М., Кричевский Н., Карева Р. и др. Доклад Института Национальной Стратегии. Новая энергетическая стратегия для России // Приложение N 1 к докладу ИНС «Национальная стратегия в условиях кризиса». — Агентство политических новостей. http://www.apn.ru/publications/article21190.htm (дата обращения 11.2013).

19. Израэль Ю.А., Рябошапко А.Г. Экологические проблемы энергетики: энергетика, климат, состояние окружающей среды // Труды научной сессии РАН «Энергетика России: проблемы и перспективы» / под ред. В.Е. Фортова, Ю.Г. Леонова. — М.: Наука, 2006. -С. 352 -362.

20. Цветков, Ю.В. Энергометаллургический комплекс на базе плазменных техники Энергетика России: проблемы и перспективы / Ю.В. Цветков // Труды научной сессии РАН «Энергетика России: проблемы и перспективы» / под ред. В.Е. Фортова, Ю.Г. Леонова. -М.: Наука, 2006. — С. 154 — 162.

21. Энергетика России: проблемы и перспективы // Труды научной сессии РАН / под ред. В.Е. Фортова, Ю.Г, Леонова. — М.: Наука, 2006. — С. 350.

22. Кузнецов, С.Н. Об экологической эффективности применения электроэнергетических комплексов / С.Н. Кузнецов // Энергетика и промышленность России. 2001. — №7 (11).

23. Кулаков А. Кто боится возобновляемой энергетики // Энергетика: тенденции и перспективы. — 2011. — № 10 (174).

24. Кузнецов С.Н. Об экономической эффективности ЭЭК // Энергетика и промышленность России. 2001. — № 8 (12).

25. Зеликов Е.Н. Повышение надёжности пароперегревателей котлов ТЭС для сжигания твёрдых бытовых отходов: дис. … канд. техн. наук / Е.Н. Зеликов. — Москва, 2008. — 185 а

26. Петров С.В., Бондаренко С.Г., Дидык Е.Г., Дидык А.А. Плазменные технологии в воспроизводимых источниках энергии//Энергетика и электрификация. 2010. № 1.- с. 53 — 59.

27. Шамардин, И.М. Проект создания Международного Технического Консорциума «Новые экологические и энергетические Проекты» / И.М. Шамардин // Аналитическая записка № 1. — 2009. — 39 с.

28. Месяц, Г. А. Водородная энергетика и топливные элементы / Г.А. Месяц, Г.А. Прохоров // Вестник Российской академии наук. — 2004. — № 7. С. 575 — 597.

29. Ковальчук, М.В. Водородная энергетика как составляющая топливно-энергетического комплекса России / М.В. Ковальчук // Федеральный справочник. Топливно-энергетический комплекс России. — 2011. №10.

30. Мазуренко, С. Перспективы водородной экономики. К итогам II Международного форума «Водородные технологии для развивающегося мира» / С. Мазуренко // Советник президента. — 2008.

31. Тарасов, Б.П. Водород для производства энергии: проблемы и перспективы / Б.П. Тарасов, М.В. Лотоцкий // Альтернативная энергетика и экология. — 2006. — № 8 (40). — С. 7290.

cyberleninka.ru

Проблема взаимодействия энергетики и экологии

В комплексе существующих экологических проблем энергетика занимает одно из ведущих мест. В связи с интенсивным вовлечением возобновляемых источников энергии в практическое использование особое внимание обращается на экологический аспект их воздействия на окружающую среду.

Существует мнение, что выработка электроэнергии за счет возобновляемых источников представляет собой абсолютно экологически «чистый» вариант. Это не совсем верно, так как эти источники энергии обладают принципиально иным спектром воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом, минеральном и гидравлическом топливе, причем в некоторых случаях воздействия последних представляют даже меньшую опасность. К тому же определенные виды экологического воздействия НВИЭ на окружающую среду не ясны до настоящего времени, особенно во временном аспекте, а потому изучены и разработаны еще в меньшей степени, чем технические вопросы использования этих источников.

Разновидностью возобновляемых источников энергии являются гидроэнергетические ресурсы. Долгое время их также относили к экологически «чистым» источникам энергии. Не принимая во внимание экологические последствия такого использования, естественно, не проводилось достаточных разработок природоохранных и средозащитных мероприятий, что привело гидроэнергетику на рубеже 90-х годов к глубокому кризису. Поэтому возможные экологические последствия применения НВИЭ должны быть исследованы заранее.

Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источников в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – на уровне современных знаний и технологий обходится довольно дорого. Однако во всех случаях их использование приводит к эквивалентному снижению расходов органического топлива и меньшему загрязнению окружающей среды. До настоящего времени во всех методиках, в которых приводится технико-экономическое сопоставление традиционных видов получения энергии с возобновляемыми источниками, эти факторы не учитывались вообще или только отмечались, но не оценивались количественно. Таким образом, актуальной становится задача разработки научно обоснованных методов экономической оценки экологических последствий использования различных видов возобновляющихся источников энергии и новых методов преобразования энергии, которые должны количественно учесть факторы иного, по сравнению с традиционными установками, воздействия на окружающую среду.

Экологические аспекты использования возобновляемых источников энергии

Согласно прогнозам, добыча и использование традиционных органических топлив в ближайшей перспективе будет расти, результатом чего станет дальнейшее ухудшение состояния экосистемы и глобальное изменение климата из-за увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере Земли. Среднее повышение температуры по всему миру на 2 °C угрожает катастрофическими последствиями (наводнения, цунами, ураганы, нехватка продовольствия и т.п.). Для сохранения температуры в допустимых пределах необходимо существенно уменьшить выбросы парниковых газов в атмосферу. Основным газом, вызывающим парниковый эффект, является диоксид углерода.

При сжигании природного газа, наиболее экологически безвредного топлива, на 1 кВт·ч вырабатываемой энергии выделяется 0,19 кг диоксида углерода. При сжигании нефти и угля выбросы диоксида углерода значительно больше (для мазута — 0,246 кг, для угля — 0,38 кг). Картина вредных выбросов от всех объектов топливно-энергетического комплекса выглядит следующим образом: диоксид углерода — 89%; метан — 9%; оксиды серы — 0,8%; оксиды азота — 0,5%; зола — 0,7%.

Диоксид углерода регулирует температуру земной поверхности. Солнечная энергия видимой части спектра легко проходит через него, достигая поверхности Земли. Большая часть энергии превращается в тепло, но испускаемое нагретой Землей инфракрасное излучение задерживается в атмосфере, поглощаясь диоксидом углерода и создавая эффект парника.

Развитие энергетики должно опираться на сокращении потребления энергии при сохранении уровня энергетических услуг.

Помимо мер по повышению эффективности использования энергии необходимо наращивать темпы и масштабы использования ВИЭ. Будущее энергетики заключается в расширении использования ВИЭ как для тепло-, так и для электроснабжения.

metallurgy.zp.ua

Энергетика и охрана окружающей среды.

Слайд 1

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛА: ПОПОВИЧ ЕЛЕНА Энергетика и охрана окружающей среды

Слайд 2

План Основные концепции надежности и экологической безопасности объектов энергетики. Влияние водохранилищ и гидроэлектростанций на природную среду. Атомные электростанции и экологические проблемы, возникающие при их эксплуатации. Список литературы.

Слайд 3

Основные концепции надежности и экологической безопасности объектов энергетики. Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения. Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу. Увеличение напоров и объемов водохранилищ гидроузлов, продолжение использования традиционных видов топлива (уголь, нефть, газ), строительство АЭС и других предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) выдвигают ряд принципиально важных задач глобального характера по оценке влияния энергетики на биосферу Земли. Если в предыдущие периоды выбор способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта и др. и назначение основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) проводились в первую очередь на основе минимизации экономических затрат, то в настоящее время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики .

Слайд 4

Это, прежде всего, относится к ядерной энергетике (АЭС и другие предприятия ЯТЦ), крупным гидроузлам, энергокомплексам, предприятиям, связанным с добычей и транспортом нефти и газа и т.п. Тенденции и темпы развития энергетики сейчас в значительной степени определяются уровнем надежности и безопасности (в том числе экологической) электростанций разного типа. К этим аспектам развития энергетики привлечено внимание специалистов и широкой общественности, вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы, однако сама концепция надежности и безопасности потенциально опасных инженерных объектов остается во многом мало разработанной.

Слайд 5

Одно из важнейших направлений решения проблемы – принятие комплекса технических и организационных решений на основе концепций теории риска. Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего времени практически количественно не учитываемого риска для населения и окружающей среды. Под надежностью объекта понимается его способность выполнять свои функции (в данном случае – выработка электро- и тепловой энергии) в заданных условиях эксплуатации в течение срока службы. Или наиболее подробно: свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Слайд 6

Отрицательные последствия воздействия энергетики на окружающую среду следует ограничивать некоторым минимальным уровнем, например, социально-приемлемым допустимым уровнем. Должны работать экономические механизмы, реализующие компромисс между качеством среды обитания и социально-экономическими условиями жизни населения. Социально-приемлемый риск зависит от многих факторов, в частности, от особенностей объекта энергетики.

Слайд 7

Постановка задачи оценки возможных последствий для окружающей среды при создании объектов ядерной энергетики. Здесь под экологической безопасностью понимается концепция, согласно которой при проектировании, строительстве, эксплуатации и снятии с эксплуатации АЭС, а также других объектов ЯТЦ предусматривается и обеспечивается сохранение региональных экосистем. При этом допускается некоторый экологический ущерб, риск которого не превосходит определенного (нормируемого) уровня. Этот риск минимален в период штатной эксплуатации АЭС, возрастает при возведении объекта и снятии его с эксплуатации и, особенно – в аварийных ситуациях. Необходимо учитывать влияние на окружающую среду всех основных факторов техногенного воздействия: радиационного, химического теплового (с учетом их возможного нелинейного взаимодействия). Следует иметь в виду и различные масштабы возможных последствий: локальный (тепловое пятно сброса подогретых вод в водоемы и водотоки), региональный (выброс радионуклидов), глобальный (рассеяние долгоживущих радионуклидов по биосферным каналам). Если же создается крупное водохранилище-охладитель, то, как в случае гидроэнергетического объекта, должна ставиться задача об экологически безопасном функционировании сложной ПТС (с учетом отмеченной специфики АЭС).

Слайд 8

Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO², 22-26% Al²O³, 5-12% Fe²O³, 0,5-1% CaO, 4-4,5% K²O и Na²O и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, «дымят» и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий. Сейчас наша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год в мире было сожжено 450 млрд. баррелей нефти, 90 млрд. т угля, 11 трлн.куб.м газа. Основную часть выброса занимает углекислый газ – порядка 1 млн.т в пересчете на углерод 1 Мт. Со сточными водами тепловой электростанции ежегодно удаляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных частиц. Зола электростанций часто содержит повышенные концентрации тяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ. Для электростанции работающей на угле требуется 3,6 млн.т угля, 150 куб.м воды и около 30 млрд. куб.м воздуха ежегодно. В приведенных цифрах не учтены нарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля.

Слайд 9

Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой – региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсутствовали – хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экрана стратосферы.

Слайд 10

Влияние водохранилищ и гидроэлектростанций на природную среду. Из-за большой площади зеркал водохранилищ наиболее крупных ГЭС России (Саяно-Шушенская, Красноярская, Усть-Илимская) ущерб наносимый природе значителен. Наиболее значимым фактором воздействия крупных гидроэлектростанций на экосистему водосброса является создание водохранилищ и затопление земель. Это вызывает изменение видового состава, численности биомассы растений, животных, формирование новых биоценозов. Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ. Несмотря на снижение энергетических показателей и уменьшение регулирующих возможностей возрастания стоимости, низко напорные гидроузлы, обеспечивающие минимальные затопления земель, лежат в основе всех современных разработок.

Слайд 11

Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологическими процессами производства электроэнергии на ГЭС (объемы загрязнений, поступающие со сточными водами ГЭС, составляют ничтожно малую долю в общей массе загрязнений хозяйственного комплекса), а низкое качество санитарно-технических работ при создании водохранилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты. В водохранилищах задерживается большая часть питательных веществ, приносимых реками. В теплую погоду водоросли способны массами размножаться в поверхностных слоях обогащенного питательными веществами, или эвтрофного, водохранилища. В ходе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. Отмершие водоросли придают воде неприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, «цветение» водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах стран СНГ делает их воду непригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд.

Слайд 12

Самый известный пример масштабного затопления леса — плотина Брокопондо в Суринаме (Ю. Америка), затопившая 1500 кв. км тропического леса — 1% территории страны. Разложение органического вещества в этом мелководном бассейне лишило его воду кислорода и вызвало мощное выделение сероводорода, зловонного газа, способствующего коррозии. Работники дамбы еще 2 года спустя после заполнения водохранилища в 1964 году носили маски. А стоимость ущерба, нанесенного турбин закисленной водой, составила более 7 процентов общей стоимости проекта.

Слайд 13

В то же время опят эксплуатации водохранилищ показал, что вследствие увеличения времени пребывания воды в водоеме общий эффект самоочищения в них в большинстве случаев выше, чем в реках. Водохранилища существенно сглаживают амплитуду колебания показателей качества воды. Резко снижают их пиковые значения. Если вопрос о положительном или отрицательном влиянии водохранилищ на качество воды до сих пор остается спорным, то негативное влияние неочищенных стоков, бесспорно. Большие объемы воды и высокий эффект самоочищения в водохранилищах побуждают к строительству предприятий без должной очистки стоков, что превращает водохранилища в огромные отстойники сточных вод. Кроме загрязнения объективным показателем качества является состояние обитающих в воде живых организмов. Наиболее тесно связаны с водными массами планктонные организмы. При транзите через зарегулированный поток с каскадами водохранилищ планктонные сообщества (ценозы) претерпевают сложные изменения, обусловленные поочередным попаданием планктонных организмов то в озерные условия (верхний бьеф), то в речные (нижний бьеф). В условиях верхнего бьефа формируется планктобиоценоз озерного типа, а в условиях нижнего – речного. Эти плактоценозы отличаются объемами продуцируемого органического вещества, плотностью и биомассой организмов, видовым составом и другими показателями. Как правило, организмы сообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условиях течение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные виды организмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехнические сооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергается разрушению.

Слайд 14

И все же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует отметить жизнесберегающую функцию ГЭС. Так выработка каждого млрд.кВт*ч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел/год .

Слайд 15

Атомные электростанции и экологические проблемы, возникающие при их эксплуатации Опасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже без них около 250 радиоактивных изотопов попадают в окружающую среду в результате работы ядерных реакторов. Эти радиоактивные частицы вместе с водой, пылью, пищей и воздухом попадают в организмы людей, животных, вызывая раковые заболевания, дефекты при рождении, снижение уровня иммунной системы и увеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерных установок. Департамент общественного здравоохранения штата Массачусетс с 1990 года установил, что у людей, живущих и работающих в двадцатимильной зоне АЭС «Пилигрим», около города Плимут, в 4 раза выше заболеваемость лейкемией, чем ожидалось. Статистически заметное увеличение случаев заболеваний лейкемией и раком обнаружено в окрестностях АЭС «Троян» в городе Портленд, штат Орегон. Заболеваемость лейкемией детей в поселке около британского ядерного центра в Селлафилде в 10 раз выше, чем в среднем по стране, и, несомненно, связана с его работой. Это стало известно в 1990 году, а недавно официально подтверждено Британским комитетом по радиологии .

Слайд 16

Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количество радиоактивных изотопов инертных газов. Также как радиоактивный йод концентрируется в щитовидной железе, вызывая ее поражение, радиоизотопы инертных газов, в 70-е годы считавшиеся абсолютно безвредными для всего живого, накапливаются в некоторых клеточных структурах растений хлоропластах, митохондриях и клеточных мембранах. После установления этого факта, остается слово «инертные» всегда употреблять в кавычках, поскольку, конечно же, они оказывают серьезное влияние на процессы жизнедеятельности растений. Радиоизотопы «инертных» газов вызывают и такой феномен как столбы ионизированного воздуха (свечки) над АЭС. Эти образования могут наблюдаться с помощью обыкновенных радиолокаторов на расстоянии в сотни километров от любой АЭС. Кто сможет утверждать, что все это никак не сказывается на состоянии и качестве окружающей среды, на миграционных путях птиц и летучих мышей, на поведении насекомых?

Слайд 17

Но главная опасность от работающих АЭС — загрязнение биосферы плутонием. На Земле было не более 50 кг этого сверхтоксичного элемента до начала его производства человеком в 1941 году. Сейчас глобальное загрязнение плутонием принимает катастрофические размеры: атомные реакторы мира произвели уже много сотен тонн плутония – количество более чем достаточное для смертельного отравления всех живущих на планете людей. Плутоний крайне летуч: стоит пронести образец через комнату, как допустимое содержание плутония в воздухе будет превышено. У него низкая температура плавления – всего 640 градусов по Цельсию. Он способен к самовозгоранию при наличии кислорода. Обычно, когда говорят о радиационном загрязнении, имеют в виду гамма-излучение, легко улавливаемое счетчиками Гейгера и дозиметрами на их основе. В то же время есть немало бета-излучателей (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 130). Существующими массовыми приборами они измеряются недостаточно надежно. Еще труднее быстро и достоверно определять содержание плутония, поэтому если дозиметр не щелкает, это еще не означает радиационной безопасности, это говорит лишь о том, что нет опасного уровня гамма-радиации .

Слайд 18

Наконец, важнейшей причиной экологической опасности ядерной энергетики и ядерной промышленности в целом является проблема радиоактивных отходов, которая так и остается нерешенной. На 424 гражданских ядерных энергетических реакторах, работающих во всем мире, ежегодно образуется большое количество низко-, средне- и высокорадиоактивных отходов. К этой проблеме отходов прямо примыкает проблема вывода выработавших свой ресурс реакторов. Радиоактивное загрязнение сопровождает все звенья сложного хозяйства ядерной энергетики: добычу и переработку урана, работу АЭС, хранение и регенерацию топлива. Это делает атомную энергетику экологически безнадежно грязной. С каждым десятилетием открываются все новые опасности, связанные с работой АЭС. Есть все основания считать, что и далее будут выявляться новые данные об опасностях, исходящих от АЭС.

Слайд 19

Список литературы «Надежность и экологическая безопасность гидроэнергетических установок» Львов Л.В.; Федоров М.П.; Шульман С.Г. Санкт-Петербург 1999г. «Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении» Лозановская И.Н.; Орлов Д.С.; Садовникова Л.К. Москва 1998г. «Экологические проблемы. Что происходит, кто виноват и что делать?» под редакцией Данилова-Данильяна В.И. Москва 1997г. Статья «Ядерная мифология конца 20 века» А.В.Яблоков «Новый мир» 1995г.

nsportal.ru