 |
Экологические характеристики тепловой энергетики
|
|
|
|
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Проблемы у человечества существовали на протяжении всего пути его развития. Однако, в силу ряда причин многие проблемы в последнее время приобрели общемировой характер. Их решение или не решение напрямую связано с выживанием человечества. Угроза необратимых изменений экологических свойств окружающей среды, нарушения формирующейся целостности мирового сообщества и в целом самоуничтожения цивилизации – это реалии наших дней.
Понятие «глобальные проблемы» приобрело широкую известность в последние десятилетия 20-го века.
Глобальными называют проблемы, которые охватывают весь мир, создают угрозу для настоящего и будущего человечества и требуют для своего решения совместных усилий всех государств и народов Земли.
Существуют различные перечни и классификации глобальных проблем, где их число варьирует от 8 до 45. Главными глобальными проблемами современности являются следующие 8 проблем:
· проблема сохранения мира;
· экологическая проблема;
· энерго-сырьевая проблема;
· демографическая проблема;
· продовольственная проблема;
· проблема преодоления отсталости развивающихся стран;
· проблема использования Мирового океана;
· проблема мирного освоения космоса.
Кроме перечисленных существует еще целый ряд важных, требующих мирового участия, но более частных проблем: преступности, наркомании, межнациональных отношений, стихийных бедствий и др.
ПРОБЛЕМА СОХРАНЕНИЯ МИРА
Суть проблемы: любая современная крупномасштабная война с применением оружия массового поражения способна привести к уничтожению целых стран и даже континентов, необратимой мировой экологической катастрофе, а на территории промышленно развитых стран к таким последствиям может привести даже война с применением обычного оружия.
|
|
|
Данная проблема долгое время была проблемой № 1 в мире. В настоящее время острота ее немного уменьшилась, но проблема остается достаточно острой.
Причины возникновения проблемы:
· появление в конце 20-го века оружия массового поражения и его распространение по планете;
· огромные накопленные мировые запасы современного оружия, способные многократно уничтожить все население планеты;
· постоянный рост военных расходов;
· постоянный рост масштабов торговли оружием;
· усиление неравномерности в уровне социально-экономического развития между развивающимися и развитыми странами, обострение энерго-сырьевой, территориальной и других проблем, приводящих к повышению возможности возникновения межгосударственных конфликтов и др.
Пути решения проблемы:
· комплексный подход к проблеме разоружения (подключение большего количества стран к договорам об ограничении или уничтожении вооружений; поэтапная ликвидация ОМП и др.);
· демилитаризация экономики стран (конверсия военно-промышленного комплекса);
· строгий международный контроль за нераспространением оружия массового поражения;
· уменьшение напряженности межгосударственных конфликтов политическими мерами;
· сокращение разрыва в уровне социально-экономического развития стран, решение продовольственной и других проблем.
Примеры и цифры:
· по расчетам специалистов в ходе войн погибло: 17 век – 3,3 млн. чел, 18 век – 5,4 млн, 19 век – 5,7 млн., 1-я мировая война – 20 млн, 2-я мировая война – 50 млн;
· мировые военные расходы превышают доходы всей беднейшей половины человечества и составляют более 700 млрд долларов в год; это значительно больше, чем военные расходы в годы второй мировой войны;
· военные расходы США на 2004 год – 400 млрд долларов;
|
|
|
· торговля оружием ныне достигает 25 – 30 млрд долл. в год;
· ведущие поставщики оружия - США, Великобритания, Франция, Россия;
· расходы на импорт вооружения и техники в развивающихся странах превышают расходы на импорт всех других товаров, включая продовольствие.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Суть проблемы:
Экологическая проблема возникла в сфере взаимоотношений человеческого общества с окружающей средой (природой). В последнее время обострился конфликт между обществом и природой, создающий реальную угрозу появления необратимых изменений в природных системах, подрыва естественных условий и существования нынешнего и будущих поколений жителей планеты Земля.
Причины возникновения экологической проблемы:
- многолетнее бесконтрольное и не всегда оправданное расходование природных ресурсов (добыча полезных ископаемых, промышленная вырубка лесов и т.п.);
- индустриализация хозяйства (появление большого количества производств, выбрасывающих в окружающую среду вредные вещества);
- увеличение численности людей и их потребностей и др.
В промышленно развитых странах экологические проблемы имеют преимущественно «индустриальный характер», а в развивающихся – обусловлены в первую очередь «переиспользованием естественных ресурсов» (лесов, почвенного покрова и других природных богатств).
В настоящее время эпицентр экологических проблем переносится из развитых стран в развивающиеся в связи с тем, что туда переносится ряд вредных производств.
В отдельных районах Земли конфликт между человеком и природой настолько обострился, что достиг уровня экологического кризиса.
Экологические проблемы условно можно разделить на три группы:
1. Деградация окружающей среды в результате нерационального природопользования (обезлесивание, почвенная эррозия, аридное опустынивание и т.п.).
2. Загрязнение литосферы, гидросферы и атмосферы твердыми, жидкими и газообразными отходами антропогенной деятельности («фотохимический туман» («смог») над крупными промышленными агломерациями, «кислотные дожди», мусорные свалки, нефтяное загрязнение мирового океана, радиоактивное загрязнение мирового океана в результате захоронения радиоактивных отходов и др.).
|
|
|
3. Отравление окружающей среды химическими веществами, создаваемыми в процессе производства (химикаты, пестициды, фреоны – разрушители озонового слоя)
Кроме того, много экологических проблем возникает в результате экологических катастроф на промышленных предприятиях (катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 г.) и на определенных территориях (лесные пожары).
Пути решения экологической проблемы:
· применение энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий;
· изучение допустимых пределов воздействия на природу и принятие защитных мер, в том числе и запретительного характера;
· применение экологически менее вредных технологий и производств;
· проведение мероприятий направленных на ликвидацию последствий экологических кризисов и катастроф, восстановление нарушенных экосистем;
· мероприятия воспитательного характера, направленные на формирование бережного отношения к природе и др.
В 70-х годах 20-го века ООН выдвинула лозунг «Земля только одна» и определила главный путь решения экологической проблемы - такая организация производственной и непроизводственной деятельности людей, которая обеспечила бы нормальное «экоразвитие», сохранение и преобразование окружающей среды в интересах всего человечества и каждого человека.
ЭНЕРГО-СЫРЬЕВАЯ ПРОБЛЕМА
Суть проблемы – противоречие между все возрастающими потребностями человечества в ресурсах и уменьшением их запасов (в первую очередь это относится к исчерпаемым невозобновляемым ресурсам). Обеспеченность тем или иным видом ресурсов характеризуется показателем ресурсообеспеченности, представляющим собой соотношение между величиной разведанных запасов ресурсов и масштабами их использования. Причем обеспеченность минеральными ресурсами как правило выражается количеством лет, на которые хватит разведанных запасов при их современном использовании, а обеспеченность земельными, лесными, водными ресурсами определяется их запасами в расчете на душу населения.
Минеральные ресурсы
|
|
|
Имеющееся минеральное сырье и его использование как глобальная проблема приобрела в настоящее время новое звучание. За последние 30 лет человечество израсходовало столько же минерального сырья, сколько за всю историю своего существования! Потребности в нем ежегодно возрастают во всех странах. К 2000 г. потребность в меди (принимая уровень 1970 г. за 100%) возросла в 4,8 раза; бокситах и цинке — в 4,2; никеле — в 4,7; нефти — в 5,2; газа — в 4,5 и угле — в 5 раз.
Извлечение из недр полезных ископаемых возрастает в мире в геометрической прогрессии. Например, за четверть века (с 1961 по 1985 г.) нефти и природного газа было потреблено примерно 80 % общего объема их использования за всю историю рода человеческого. Половина каменного угля и железной руды, добытых за последние 100 лет, была использована после 1960 г. Тем не менее в начале XXI в. нельзя ожидать абсолютной нехватки сырья, как того опасались в 1900—1970 гг., поскольку за последние 20—30 лет разведанные мировые запасы большинства видов минерального сырья значительно выросли.
За период с 1950 по 1985 г. запасы бокситов увеличились более чем в 100 раз; марганца и хрома — в 45; кобальта и платинидов — в 15; никеля — в 13; нефти, газа, меди, свинца, железной руды, фосфоритов, калийных солей, алмазов — в 5—8 раз. Однако некоторые виды минерального сырья уже сейчас дефицитны, так как их ресурсная база ограниченна. По данным, опубликованным в 1992 г., продолжительность обеспечения мировых потребностей известными запасами полезных ископаемых (при потреблении на уровне 1992 г.) выглядит следующим образом: железо — 63 года, алюминий — свыше 60 — 70 лет, титан — свыше 300 лет, хром — свыше 50 лет, ванадий — свыше 300 лет, марганец — 170 лет, платана — 90 лет, молибден — 90 лет, медь — 60 лет, кобальт — 25 лет, никель — 100 лет, тантал — 45 лет, вольфрам — 40 лет. По последним данным, дефицитными становятся золото, олово, свинец, вольфрам.
В сложной системе мирового хозяйства и международного разделения труда развивающиеся страны выступают как производители и экспортеры минеральных ресурсов. Развитые страны являются основными их потребителями, основными производителями продукции и отходов, загрязняющих окружающую среду. В США проживает 4,85% населения мира, при этом здесь потребляется треть мировых ресурсов, создается треть мировой продукции и половина всех выбросов в атмосферу.
Пути решения проблемы обеспеченности минеральными ресурсами:
· создание и использование ресурсосберегающих промышленных технологий;
· полное извлечение полезных ископаемых из недр Земли (например, коэффициент извлечения нефти при современных способах добычи – 0,25 – 0,45);
|
|
|
· использование вторичного сырья;
Энергетические ресурсы
Начиная с овладения огнем, человек в своей жизнедеятельности постоянно использовал и другие, кроме пищи, источники энергии, его энергетическая мощь постоянно возрастала.
Если при собирательстве и первобытном рыболовстве он затрачивал на питание мощность в 140 Вт, то при подсечно-огневом земледелии и первобытном скотоводстве — уже 250 — 300 Вт, а при традиционном земледелии и скотоводстве — около 500 Вт. Но самый быстрый рост мощности человеческого хозяйства начался после второй технологической (промышленной) революции XVIII в., когда были разработаны методы применения энергии ископаемого топлива (в первую очередь каменного угля и нефти) в различных технологиях. Затем была повышена эффективность традиционных источников энергии: воды, ветра и солнца. Наконец, вXX в. началось использование ядерной энергии. В целом энерговооруженность человека возросла в тысячи раз, возникла энергетическая цивилизация — цивилизация большой социоприродной энергетики.
В XX в. мощность, используемая человеком на отопление, освещение, транспорт, промышленное и сельскохозяйственное производство, обработку и передачу информации и т.п., достигла в среднем 2 — 3 кВт/чел.
В настоящее время свои энергетические потребности человечество удовлетворяет в основном за счет углеродсодержащих видов топлива (каменного угля, нефти, газа, дров, сланцев, торфа) и урана. С 1973 по 1998 г. глобальное потребление этих энергоносителей возросло в 5 раз.
При сжигании топлива реализуется первичная (тепловая) энергия, которая может быть преобразована в электрическую с определенным коэффициентом полезного действия (40—44% на тепловых электростанциях, где сжигается углеродсодержащее топливо, и 30 — 33% на атомных электростанциях). Выработка одновременно электрической энергии и горячей воды на теплоэлектроцентралях повышает КПД использования первичной энергии до 80%.
Электрическая энергия — основа современной цивилизации. Во всем мире она рассматривается в качестве самого предпочтительного промежуточного вида энергии, универсального (легко преобразующегося в любых количествах в тепло, свет, механическую энергию и т.п.), передаваемого на значительные расстояния и вызывающего наименьшее загрязнение окружающей среды в местах потребления. Подавляющее большинство машин и устройств, которые использует человечество, содержат электрические цепи и соответствующие узлы, работа которых невозможна без электрической энергии.
Ископаемые виды топлива по-прежнему являются доминирующими среди источников первичной энергии, доля угля была максимальной приблизительно в 1920 г., когда он обеспечивал производство более 70% всего потребляемого топлива; доля нефти достигла максимума в начале 70-х годов XX в., составив немногим больше 40%. Предполагается, что природный газ, который загрязняет окружающую среду меньше, чем нефть и уголь, в будущем станет использоваться шире в мировом производстве энергии. Первичная электроэнергия здесь включает в себя энергию, производимую на ГЭС и АЭС.
Разведанные запасы каменного угля оцениваются в 1280 млрд т. При современном уровне его потребления этих запасов хватит на 200 лет.
Запасы нефти — 137 млрд т (1993 г.) (66% на Среднем Востоке), газа — 142 трлн м3(40 % в Восточной Европе и СНГ, 36 % — в России, 32% — на Среднем Востоке (данные на 1993 г.)).
Прогнозируемые (неразведанные) запасы нефти в 1993 г. оценивались в 100—120 млрд т, газа — 400 трлн м3,
Если открытие новых месторождений природного газа в конечном счете приведет к увеличению его сегодняшних мировых запасов в 4 раза, то современный уровень потребления этого вида топлива сможет оставаться устойчивым до 2230 г. Однако истощение запасов нефти наряду с экологическими проблемами, связанными с использованием угля, может переориентировать мир на потребление газа. Если потребление газа будет продолжать расти нынешними темпами, составляющими 3,3% в год, то запасы, которые в 4 раза превышают известные сегодня, могут быть исчерпаны к 2054 г.
Таким образом, при современном уровне добычи нефти и газа их запасы кончатся после 2050 г. В общем производстве энергии в 1996 г. на долю нефти приходилось 40%, угля — 28,
газа — 23%. АЭС создавали 7% энергии, прочие источники энергии давали 2,6%. Легко видеть, что нефть и газ дают примерно 2/3 потребляемой в мире энергии и являются основой экономики
современного общества.
Альтернативные источники энергии — энергия ветра, солнца, геотермальная энергия (энергия горячих подземных вод), энергия течений — пока вносят незначительный вклад в мировое производство энергии.
Важную роль в жизни населения развивающихся стран играют дрова. По данным ФАО, в 1998 г. более 2 млрд человек в странах Азии, Африки и Латинской Америки (примерно до 90 % сельского и более 30 % городского населения) для приготовления пищи и обогрева используют древесину. На эти цели в развивающихся странах расходуется 80 % древесины.
В Непале, Гаити, Уганде, Танзании 9/10 энергетических потребностей удовлетворяется за счет древесного топлива, в Нигерии — 82, Судане — 74, Кении — 71, Парагвае — 64, Индонезии и Никарагуа — 50%. В деревнях Гималаев и некоторых районах Африки женщины и дети проводят от 100 до 300 дней в году за сбором хвороста.
Энергетика является одной из наиболее крупномасштабных отраслей промышленного производства. Это основа развития всех отраслей промышленности, определяющих прогресс в целом.
Вместе с тем самым серьезным фактором загрязнения природной среды являются добыча и использование ископаемых энергоносителей, прежде всего нефти, угля и природного газа, обеспечивающего более 90% мировой потребности в энергии.
Рассмотрим экологические характеристики энергетики, основанной на сжигании углеродсодержащих видов топлива (тепловой энергетики), атомной энергетики, гидроэнергетики, использующей энергию падающей воды, и альтернативные ее источники.
Воздействие систем производства, передачи и использования энергии на окружающую среду проявляется в таких процессах и явлениях, как:
1) изъятие территорий для добычи топлива, размещения электростанций и линий электропередачи и захоронения отходов;
2) загрязнение атмосферы и литосферы продуктами сгорания (выбросы в атмосферу, шлаки, радиоактивные отходы и т.п.);
3) тепловое (термическое) загрязнение — сброс тепловой энергии электростанции в окружающую среду и повышение температуры среды;
4) электромагнитное загрязнение — создание электрических, магнитных и электромагнитных полей, создающих угрозу для человека и биосферы;
5) радиоактивное загрязнение;
6) затопление полезных территорий (в случае гидроэлектростанций);
7) воздействие на климат
8) воздействие на флору и фауну;
9) наведенная сейсмичностъ — возникновение землетрясений при создании энергоустановок, в первую очередь гидроэлектростанций.
Экологические характеристики тепловой энергетики
В типичной тепловой электростанции (ТЭС) происходит сжигание углеродсодержащего топлива, и под действием этого тепла в котле возникает пар с температурой Т= 600 °С, который приводит в движение турбину, связанную с ротором трехфазного синхронного генератора. На зажимах генератора создается напряжение, и электрическая энергия от генератора по линиям электропередачи передается к потребителям. Пар после турбины поступает в конденсатор — теплообменный аппарат, где охлаждается проточной водой, превращается в воду, затем вода с помощью центробежного насоса снова поступает в котел. Необходимость использования проточной воды, которая от пара нагревается, приводит к тепловому загрязнению окружающей среды. Кроме того, создание, передача и использование электрической энергии ведут к электромагнитному загрязнению окружающей среды.
Сжигание углеродсодержащих топлив приводит к появлению двуокиси углерода СО2, которая выбрасывается в атмосферу и способствует созданию парникового эффекта.
Наличие в сжигаемом угле добавок серы приводит к появлению окислов серы, они поступают в атмосферу и после реакции с парами воды в облаках создают серную кислоту, которая с осадками падает на землю. Так возникают кислотные осадки с серной кислотой.
Другим источником кислотных осадков являются окислы азота, которые возникают в топках ТЭС при высоких температурах (при обычных температурах азот не взаимодействует с кислородом атмосферы). Далее эти окислы поступают в атмосферу, вступают в реакцию с парами воды в облаках и создают азотную кислоту, которая вместе с осадками попадает на землю. Так возникают кислотные осадки с азотной кислотой.
ТЭС на угле, вырабатывающая электроэнергию мощностыо 1 ГВт = 109Вт, ежегодно потребляет 3 млн т угля, выбрасывая в окружающую среду 7 млн т СО2, 120 тыс. т двуокиси серы, 20 тыс. т оксидов азота КО2и 750 тыс. т золы.
В каменном угле и летучей золе содержатся значительные количества радиоактивных примесей (226Ка,228Ка и др.). Годовой выброс в атмосферу в районе расположения ТЭС мощностью 1 ГВт приводит к накоплению на почве радиоактивности, в 10 — 20 раз превышающей радиоактивность годовых выбросов АЭС такой же мощности.
Тепловая энергетика требует изъятия территорий для добычи топлива, его транспортировки, размещения электростанций и линий электропередачи, для отвалов со шлаком.
|
|
|
