Экологические проблемы энергетики

В энергопотреблении России (рис. 2.3.) доля органического топлива (а это, в основном, нефть, газ, уголь) является преобладающей, поскольку превышает 90 %. Использование органического топлива оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Так извлечение нефти и природного газа ведет к оседанию почвы. Нефть и газ, скопившиеся в пористых породах под поверхностью Земли, служат своеобразной "подушкой", под­держивающей лежащую сверху породу. Когда эта подушка извлекается, земная поверхность в районе залегания нефти и газа опускается на глубину до 10 метров. Кроме того, извлечение из земных недр полезных ископаемых ведет к перераспределениям гравитационного напряжения в земной коре, которые иногда заканчиваются землетрясениями.

Сжигание топлива – не только основной источник энергии, но и поставщик в окружающую среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции вместе с транспортом поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО), около 50 % диоксида серы, 35 % оксидов азота и около 35 % пыли.

Экологические проблемы тепловой энергетики. 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 живые организмы в незначительных количествах, что, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почву и другие звенья экологических систем.

Тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, в том числе на человека, другие живые организмы и их сообщества.

Влияние энергетики на окружающую среду сильно зависит от вида используемого топлива. Наиболее «чистым» топливом является природный газ, дающий при его сжигании наименьшее количество загрязняющих атмосферу веществ. Далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Как уже говорилось выше, в процессе сжигания топлива образуется много побочных веществ. При сжигании угля образуется значительное количество золы и шлака. Большую часть золы можно уловить, но не всю. Все отходящие газы потенциально вредны, даже пары воды и диоксид углерода СО₂. Эти газы поглощают инфракрасное излучение земной поверхности и часть его вновь отражают на Землю, создавая так называемый "парниковый эффект". Если уровень концентрации СО₂ в атмосфере Земли будет увеличиваться, могут произойти глобальные климатические изменения.

При сжигании топлива образуется теплота, часть которой выбрасывается в атмосферу, приводя к тепловому загрязнению атмосферы. Это, в конечном итоге, влечет повышение температуры водного и воздушного бассейнов, таянию ледников и тому подобным явлениям. Весь этот процесс накопления теплоты может привести к ощутимому повышению температуры на Земле, если использование энергии будет продолжать расти такими же темпами, как сейчас. В свою очередь повышение температуры может вызвать глубокие изменения климата на всей Земле.

Экологические проблемы гидроэнергетики. Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища, на месте которых уничтожаются естественные экологические системы. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных.

Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава населяющих их живых организмов.

Кроме того, в водохранилищах по разным причинам происходит ухудшение качества воды. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные осадки, гумус почв и т.п.), так и вследствие их накопле­ния в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосбросов.

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. 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.

В конечном счете перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные. 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.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых районах испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. 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.

Экологические проблемы ядерной энергетики. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков их эксплуатации.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в окружающую среду незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС такой же мощности, работающей на угле.

После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий на них. К наиболее крупным авариям такого плана относится авария, случившаяся на Чернобыльской АЭС.

В результате аварии на ЧАЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га.

Кроме страшных последствий аварийных ситуаций на АЭС можно назвать следующие их воздействия на окружающую среду:

- разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т.п.) в местах добычи руд, особенно при открытом способе добычи;

- изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для АЭС мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800 – 900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100 – 120 м 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 естественные источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у водных обитателей;

- не исключено попадание радиоактивного загрязнения в атмосферный воздух, воду, почву в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

Таким образом, традиционные способы выработки тепло- и электроэнергии в котельных и на ТЭС из этих первичных источников энергии, использование топлива в топливопотребляющих технологических установках сопряжены с разносторонним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду:

- выбросом в атмосферу вредных веществ;

- сбросом минерализованных и нагретых вод;

- потреблением в значительных количествах кислорода нагретых вод;

- изъятием больших площадей земли для захоронения отходов (шлака, золы) и др.

Это воздействие является причиной закисления почвы и воды, способствует возникновению парникового эффекта, обусловливающего повышение планетарной температуры, провоцирует другие необратимые процессы. Кроме того, органическое топливо – это невосполнимые источники энергии, а это значит, что темпы их возобновления во много раз ниже темпов их потребления.

В результате антропогенной деятельности человечества за последние 30-40 лет планетарная температура поднялась на 0,6—0,7ºС и является наиболее высокой за последние 600 лет. Поднялся средний уровень моря по сравнению с прошлым столетием на 10-15 см. За это же время отсту­пили все зарегистрированные горные ледники.

Современные технологии способны оказывать негативное воздействие не только на климат, но и на здоровье людей.