Специфические экологические проблемы ядерной энергетики

Тема: Экологические аспекты энергетики

План лекции:

 

1 Экологические проблемы энергетики.

2 Парниковый эффект.

3 Специфические экологические проблемы ядерной энергетики.

4 Контрольные вопросы.

 

 

Экологические проблемы энергетики

Одним из факторов, определяющих уровень развития общества, является уровень использования и количество потребляемой энергии на душу населения. Процессы превращения первичной энергии, имеющей место в обществе, связывают между собой экономические, социальные и экологические показатели.

Основной источник тепловой и электрической энергии — нефть, газ и уголь, энергию получают в котельных и на ТЭС. Эти источники обуславливают разностороннее локальное и глобальное воздействие на окружающую среду:

– выбросом в атмосферу вредных веществ;

– сбросом минерализованных и нагретых вод;

– потреблением в значительных количествах кислорода и 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.

За последние 30–40 лет планетарная температура поднялась на 0,6–0,7 ^оС 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 горные ледники. Средняя температура на планете к 2010 году может повыситься на 1,3 ^оС, уровень мирового океана может повыситься на 0,3–1,0 м.

Современные технологии оказывают негативное воздействие и на здоровье людей. Согласно докладу группы экспертов, опубликованных в 1997 г., воздействие продуктов сжигания только твердого топлива в период до 2020 г. может обернуться ежегодной смертью 700 тыс. человек. Сокращение же выбросов на 10–15 % спасло бы жизнь 8 млн. человек.

Существует проблема и авиационной экологии. Самолет воздействует на атмосферу не только механически, направляя поток импульса воздуха вниз на Землю, но и энергетически, физически, химически и оптически. При сжигании топлива в атмосферу выделяется тепловая энергия, а вместе с ней образуется большое количество оксидов и кислот (азота, серы, углерода, хлора), происходит конденсация водяного пара в струйно-вихревом следе, существует и проблема звукового удара.

 

Конкретные меры по уменьшению воздействия на климат:

– в 1978 г. Климатическую программу приняли в США;

– в 1979 г. на Всемирной климатической конференции в Женеве заложены основы Всемирной климатической программы;

– в 1988 г. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (UNEP) учреждена Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК);

– 9 мая 1992 г. в Нью-Йорке в соответствии с резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН об охране глобального климата в интересах нынешнего и будущего поколений принята Рамочная конвенция ООН об изменении климата, которая была подписана на конференции в Рио-де-Жанейро в июне 1992 г с участием первых лиц 156 государств;

Развитием ее является известный Киотский протокол 1997 года. Это первый в истории человечества случай, когда практически все мировое сообщество подключилось к решению такой сложной научной задачи, как охрана климата.

Киотский протокол — международный документ, принятый в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК). Протокол вступил в силу 16 февраля 2005 года.

По состоянию на 14 февраля 2006 года Протокол был ратифицирован 161 страной мира (61 % общемировых выбросов). Не ратифицировали протокол США и Австралия.

Киотский протокол стал первым глобальным соглашением об охране окружающей среды.

Страны определили для себя количественные обязательства по ограничению либо сокращению выбросов на период с 1 января 2008 до 31 декабря 2012 года. Цель ограничений — снизить в этот период совокупный средний уровень выбросов 6 типов газов (CO₂, CH₄, гидрофторуглеводороды, перфторуглеводороды, NO₂, SF₆) на 5,2 % по сравнению с уровнем 1990 года.

Основные обязательства взяли на себя индустриальные страны:

• Евросоюз должен сократить выбросы на 8 %;

• Япония и Канада — на 6 %;

• Страны Восточной Европы и Прибалтики — в среднем на 8 %;

• Россия и Украина — сохранить среднегодовые выбросы в 2008—2012 годах на уровне 1990 года.

 

Развивающиеся страны, включая Китай и Индию, обязательств на себя не брали.

Темпы роста эмиссии диоксида углерода в атмосферу резко замедлились 10–12 лет тому назад. Анализ перспективных структур мирового энергобаланса позволяёт заключить, что пик этой эмиссии будет зафиксирован в течение ближайших 20–25 лет на уровне, не слишком отличающемся от современного. В настоящее время выбросы составляют около 7 млрд. т углерода в год, а ожидаемый пик по прогнозам составит примерно 9 млрд. т в год.

 

Парниковый эффект

Парниковый эффект — это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла в атмосфере, средняя температура которой в настоящее время составляет около 15 ^оС. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии.

До вмешательства человека в глобальные процессы Земли изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые и были названы «парниковыми». К таким газам относятся: диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар. В настоящее время к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового «одеяла», окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30–40 ^оС, что обусловило бы проблематичность существования живых организмов в таких условиях.

В результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50 % парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15–20 % и на долю метана — 18 %.

В приложении к климатической Конвенции ООН названы технологические процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов:

– в энергетике — сжигание топлива, энергетическая, обрабатывающая и строительная промышленности;

– при добыче и транспортировке топлива — твердое топливо, нефть и природный газ;

– промышленные технологии — горнодобывающая, химическая, металлургическая, производство и использование галогенизированных углеродных соединений;

– в сельском хозяйстве — интенсивная ферментация, хранение и использование навоза, производство риса, управляемый пал, сжигание сельскохозяйственных отходов;

– отходы — хранение и сжигание отходов, обработка сточных вод.

Основным загрязнителем атмосферы является СО₂, образующийся при выработке электроэнергии в основном огневым способом, то есть путем сжигания добываемого органического топлива. Практически весь используемый Европой газ применяется в огневых технологиях. Евросоюз с населением 16 % от общего населения в мире является в настоящее время одним из загрязнителей мировой атмосферы (26 %). На США приходится 20 % мировой эмиссии парниковых газов. Выброс парниковых газов при огневом энергопроизводстве составляет около 1,4 кг на 1 кВт×ч. Производство же электроэнергии на основе безэмиссионных технологий связано с их высокой стоимостью.

Большинство энерготехнологий, основанных на возобновляемых источниках, требуют больших затрат, в том числе и материальных. А они, в свою очередь, обусловливают повышенные энергозатраты, а значит, сопряжены с дополнительной эмиссией тех же парниковых газов.

Прекращение ввода в эксплуатацию АЭС в большинстве стран мира в связи с аварией на Чернобыльской АЭС резко увеличило нарастание эмиссии парниковых газов. А между тем, страны, производящие 19 % электроэнергии на АЭС, предотвращают эмиссию 540 млн. т СО₂ в год. Поэтому на конференции в Киото подчеркивалось, что только страны, имеющие ядерно-энергетические программы и поддерживающие их, располагают большими возможностями сокращения выброса парниковых газов. И в некоторых странах Европы пересматривают свое отношение к ядерной энергетике.

В Англии обсуждается план удвоения мощностей АЭС, а Франция продолжает лидировать в наращивании АЭС.

Считается возможным увеличение производства электроэнергии с нынешних 2 300 млрд. кВт×ч в год (18 % мирового энергопроизводства 444 атомными энергоблоками) до 12 000 млрд. кВт×ч в первой половине ХХI века и до 50 000 млрд. кВт×ч — во второй половине.

Среди стран мира самым крупным загрязнителем окружающей среды являются США, эмиссия диоксида серы у которых составляет около 7,7 млн. т, т. е. более 20 % от суммарной общемировой эмиссии SО₂. В Китае выбросы в атмосферу этого вредного соединения составляют 7,6 млн. т, а в России 6,2 млн. т.

По относительным показателям эмиссии СО₂ (выбросы в тоннах на 1 МВт установленной электрической мощности ТЭС) крупнейшим загрязнителем воздуха можно считать Россию (87 т/МВт), затем следует Индия и Великобритания (по 65 т/МВт), Китай (61 т/МВт). В Германии и Японии этот показатель составляет всего 7 т/МВт.

Одним из самых загрязненных городов-столиц государств является Пекин с его 12-милионным населением. Основной причиной загрязнения его являются промышленные предприятия, густо разбросанные по городу. Во многом способствует загрязнению Пекина и отопление домов углем.

По «экологическим» причинам в Китае было закрыто 73 тыс. предприятий, 90 % выполнили необходимые мероприятия и теперь соответствуют экологическим стандартам. В результате за годы бурного экономического роста загрязнение окружающей среды удалось сократить на 10 % по сравнению с 1995 годом. Китай намерен снижать количество вредных выбросов на 10 % ежегодно.

Наиболее высокие уровни выброса СО₂ имеют электростанции, работающие на угле. Выбросы СО₂ зависят от уровня содержания углерода в топливе (наивысшего — для угля, низшего — для природного газа).

Предполагается, что к 2020 г. мировое потребление электроэнергии вырастет на 60 % по сравнению с 1967 г. При этом в развивающихся странах прирост потребления энергии составит 121 %. Вероятно, более быстрым, чем ожидалось ранее, окажется рост эмиссии СО₂: на 40 % — с 1990 по 2010 гг. и на 72 % — с 1990 до 2020 гг.

Основным источником загрязнения окружающей среды является автотранспорт. Он использует 96 % всех производимых нефтепродуктов и выбрасывает затем в атмосферу тысячи тонн оксида углерода, оксида азота и других вредных веществ. Кроме того, эти вещества вместе с выбрасываемыми в атмосферу вредными веществами промышленных предприятий и при горении древесины содержат частицы размером менее 25,5 микрон, которые проникают в легкие и другие ткани, вызывая воспаление и формирование тромбов, которые оказывают крайне неблагоприятное воздействие на работу сердца, провоцируя развитие сердечных приступов: инфаркта и повышения давления. Автомобиль — самый крупный генератор шума и вибрации.

Автомобиль, являющийся символом современной цивилизации, принес не только благо для людей, но и неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Но оно может быть уменьшено, если начнут выпускать автомобили с малым удельным расходом топлива, таким, например, как представил концерн «Volkswagen» — новый прототип самого экономичного автомобиля в мире, потребляющего лишь один литр дизельного топлива на 100 км пути.

Ныне в мире эксплуатируется около 600 млн. автомобилей, которые еже годно потребляют свыше 1 млрд. т моторных топлив, в том числе более 600 млн. т автомобильных бензинов. К 2010 году прогнозируется увеличение числа автомобилей до 800 млн. – 1 млрд. Во многих странах ведется большая работа не только над снижением расхода топлива на 100 км пробега, но и по использованию для автомобилей вместо бензина в качестве топлива альтернативных источников энергии, в том числе газа и энергии солнца.

Вместе с разрабатываемыми в мире мерами по замене жидкого топлива из нефтепродуктов на альтернативные виды топлива из растительного сырья, снижению удельных норм расхода топлива на 100 км пробега, во многих странах проводится большая работа по переводу автомобилей на газ в качестве моторного топлива. В настоящее время в мире на метане работает порядка 6,5 млн. автомобилей. В городах США, Канады и Западной Европы планируют в самые сжатые сроки полностью перевести муниципальный транспорт на газ. 36 регионов России заключили договоры с «Газпромом», в которых предусмотрен специальный пункт о переводе автотранспорта на газомоторное топливо. Активно работают в этом направлении и страны Азии: Южная Корея, Китай, Пакистан, Индия.

В Беларуси в настоящее время работает 24 автозаправочные компрессорные станции, расположенные в 17 городах на основных транспортных направлениях республики.

Работа автомобилей на компримированном природном газе сокращает выброс наиболее вредных компонентов в 1,5–5 раз по сравнению с бензином и в 10 раз по сравнению с дизельным топливом.

В Беларуси разработана комплексная программа использования газа в качестве альтернативного моторного топлива для автотранспортной техники.

К настоящему времени во многих странах производителями автомобилей проводятся испытания различных типов электромобилей с запасом хода 60–100 км и максимальной скоростью до 80 км/ч. Ведущие в мире автомобилестроительные компании США, Японии и других стран проводят испытания или работают над созданием электромобилей со скоростью до 120–140 км/ч и пробегом не менее 225 км. Тяговым электродвигателем такого солнцемобиля является батарея аккумуляторов, заряжаемых на гелиостанциях (гелиозаправочных станциях).

В последние годы все большее распространение в мире получают электровелосипеды и электромопеды под общим названием «легкие транспортные средства», использующие также солнечную энергию в виде аккумуляторных батарей или солнечных панелей.

Из всех загрязняющих веществ в Республике Беларусь 70 % приходится на трансграничные переносы и 30 % — на собственные, из которых львиную долю составляют передвижные источники загрязнения, в основном автомобили, число которых в настоящее время составляет около 3 млн.

Основным нейтрализатором этих вредных выбросов в атмосферу являются леса, занимающие 35 % территории Республики Беларусь, и болота, которые в 7 раз эффективнее, чем лес, поглощают углекислый газ. В городах основным очистителем воздуха являются тополиные насаждения: один тополь очищает воздух так, как делают это 4 сосны или 7 елей, или 3 липы. Для поддержания нормальной экологической обстановки в городах необходимо иметь на каждого жителя 16 м² зеленых насаждений общего пользования — парков, скверов, бульваров, лесопарков. В некоторых городах, например в Витебске, этот показатель составляет 12 м².

 

Специфические экологические проблемы ядерной энергетики

В мире по состоянию на 1 января 2001 года эксплуатировал ось 444 ядерных энергоблоков общей мощность 352 ГВт на 247 АЭС, которые вырабатывали 18 % электроэнергии в мире. В некоторых странах АЭС составляют основу национальной энергетики. Ядерная энергетика обладает техническим и топливно-ресурсным потенциалом для внесения значительного вклада в ограничение выбросов, загрязняющих атмосферу.

Уверенность в безопасности АЭС была поколеблена авариями на АЭС в 70-е и 80-е годы и особенно Чернобыльской АЭС. Некоторые страны или отказались от атомной энергии, или объявили мораторий на строительство новых АЭС (Австрия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Швеция). Временно перестали строить АЭС США, Канада, Англия, Германия.

Принятые меры по совершенствованию конструкции и эксплуатации АЭС позволили снизить вероятность тяжелых аварий и продолжать эксплуатацию и строительство АЭС.

После Чернобыля Россия тоже заморозила реализацию практически всех своих «атомных» проектов. В 2000 г. действующие АЭС Российской Федерации выработали 130,7 млрд. кВт×ч электроэнергии — значительно больше, чем 1990 г. Сейчас темп роста выработки электроэнергии на АЭС России в 3 раза выше, чем на тепловых станциях.

В России решено достроить последний энергоблок на Калининской АЭС, расконсервировать незаконченное строительство 10 АЭС, начатое в годы советской власти. В ближайшие 20 лет эти объекты должны быть введены в эксплуатацию и построено еще 10 АЭС. Роль атомной энергетики в этой стране будет возрастать. К 2020 г. ее доля составит треть общего производства. Кроме того Россия будет строить АЭС в Индии, Китае, Иране, др. странах, возможно, в Беларуси. Мощность стандартного современного атомного реактора 1 ГВт, на станции их устанавливается 1–4 и более.

В настоящее время строительство АЭС продолжают Япония и Южная Корея, а также многие развивающиеся страны. К концу 2010 г. в Японии планируется построить от 16 до 25 АЭС, в Китае 30 АЭС. В настоящее время мощность энергоблоков АЭС Японии составляет около 45 ГВт. Продолжают ранее начатое строительство и установку новых реакторов в Аргентине, Бразилии, Чехии, Украине, Иране, Словакии.

Во Франции первый ядерный реактор был сооружен в 1958 году, а в настоящее время эксплуатируется 58 ядерных энергоблоков, суммарная мощность которых достигла 63 ГВт. На них производится 78 % всей вырабатываемой во Франции электроэнергии. Атомная энергетика Франции обеспечила стране около 100 000 рабочих мест, а при проведении плановопредупредительных работ на АЭС привлекаются еще примерно 100 000 специалистов из других отраслей.

Выброс СО₂ в атмосферу колеблется для европейских стран — от 78 т/ГВт×ч во Франции, где 78 % электроэнергии производится на АЭС, и до 868 т/ГВт×ч в Дании, где нет АЭС. В Бельгии АЭС вырабатывают 58 % электроэнергии, в Швеции — 46, в Швейцарии, Германии, Японии — около 34 %. В настоящее время АЭС предотвращают выброс 2,3 млрд. т углекислого газа ежегодно.

В Республике Беларусь принят Закон «Об использовании атомной энергии». Намечается строительство атомной электростанции с установкой к 2016 г. энергоблока в 1 ГВт, к 2020 г. будет сооружен второй такой же блок.

Необходимо преодоление предубежденности общества против строительства АЭС, которые дают значительно меньше загрязнения окружающей среды, чем сжигание нефти и газа.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: