Социально-экологические аспекты

 

Расходование топлива относится не только к техническому и биосферическому аспектам, но и в значительной мере к социально-политическому аспекту. Так, 30% населения земного шара потребляет более 90% всей вырабатываемой на планете энергии, на долю же 70% населения, преимущественно в развивающихся странах, приходится менее 10% всей энергии. Между тем, уровень промышленности, состояние быта и развитие культуры теснейшим образом связаны с количеством используемой энергии.

Природа и человек. Человек в результате своей хозяйственной деятельности всегда изменял, изменяет и будет изменять окружающую среду. В настоящее время в местах обитания людей на планете осталось совсем мало мест, не затронутых их хозяйствованием. В малонаселенных, необжитых местах, но богатых природными ресурсами, возникают новые промышленные комплексы, вокруг которых вырастают крупные города и поселения. Человек изменил в той или иной степени девственные ландшафты на 55 % территории (2,3 га на человека), а часть суши изменил их коренным образом (застройки, мелиорация, насаждение лесов, водохранилища и т. д.). За последние 3—4 столетия уничтожено ²/з лесов Европы. Вековые болота, полноводные реки меняют свой облик, исчезают целые экологические системы.

Разносторонняя и могучая деятельность человека на фоне всего прошлого человечества представляется фантастической и приобретает масштаб геологических процессов. Подобное давление человека на окружающую среду угрожает самоочистительной функции биосферы, может легко вывести ее из равновесного состояния, за которым неизбежно последуют часто совершенно неожиданные, а иногда граничащие с экологическими катастрофами результаты. Последние могут охватывать как отдельные биоценозы, так и значительные территории земного шара.

Северная Африка в нашем представлении всегда была пустыней, но около 247—183 гг. до н. э. в обширных лесах ее Ганнибал, воюя с римлянами, ловил слонов для своей армии. Подобные экологические изменения наблюдаются и в наши дни. Пустыня Сахара, например, в результате обезлесения непрерывно продвигается на юг со скоростью от 10 до 50 км в год по фронту в 5 тыс. км.

Подобные катаклизмы имеют большое значение для нашей в общем-то огромной Земли. В самом деле, ее поверхность составляет 51 млрд. га, однако только 13,5 млрд. га из них является ценной поверхностью, т. е. не покрытой водой и льдами Антарктиды. Но и это очень много. Если 1 млрд. га вытянуть сплошной линией, то получилась бы широченная 265-метровая дорога от Земли до Луны. Однако 1,4 млрд. га из полезной поверхности Земли, т. е. каждый десятый гектар суши, приходится под пашни, сады и плантации. Это относят к разряду «культурных» земель, но ученые утверждают, что почти столько же, а именно 1,1 млрд. га (по некоторым данным даже 4,4 млрд. га), следует считать землей «испорченной», разрушенной и непригодной для сельскохозяйственного производства. К ним, правда, относятся и территории, застроенные городами и различными производственными сооружениями, но главную часть составляют бросовые земли, каковыми они стали в результате непродуманной мелиорации, после загрязнения промышленными отходами, из-за карьеров и многометровых отвалов пустой породы, из-за потери по воле людей своего почвенного покрова. К этим печальным показателям следует прибавить площадь пустынь и полупустынь, равную 3,3 млрд. га. Из них 1 млрд. га — это плод деятельности человека нового времени.

По некоторым подсчетам 4,5 млрд. современных жителей Земли оказывают такое же воздействие на природу, какое могли бы оказать 40—45 млрд. людей каменного века. И это при том, что расход пищи на одного человека остался примерно прежним.

Но человек, борясь за свои жизненные интересы, не только изменял поверхность Земли — природу.

Подсчитано, что если все сырье, которое ежегодно добывается из недр нашей планеты, погрузить в железнодорожные вагоны, то состав растянется на 670 тыс. км, опоясав земной шар по экватору 17 раз. Все это фантастическое количество материалов перерабатывается не без отходов. Из каждых 100 единиц вещества, взятых у природы, для общественного производства принимают форму потребляемого продукта только 3—4, а остальные 96 единиц (по другим данным более 98) безвозвратно теряются, что связано с загрязнением и отравлением окружающей среды.

Не меньшее беспокойство вызывает сегодня и загрязнение воздушного и водного бассейнов.

Атмосферный воздух. Размеры воздушного океана нашей планеты огромны. Общая масса атмосферного воздуха составляет около 5000 трл. т, т. е. около 10~в массы Земли. Содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере составляет 20,95 и 0,03% (по объему) соответственно, остальное количество приходится в основном на азот.

Кислород является наиболее важной для всего живого составной частью воздуха. Он является побочным продуктом фотосинтеза. Именно благодаря чудесным свойствам хлорофилла происходило появление и накопление на Земле кислорода. Кислород химически чрезвычайно активен. Он соединяется с самыми разными веществами, окисляя их и тем самым самоуничтожаясь.

На раннем этапе эволюции органического мира атмосфера была богата основной пищей растений — углекислым газом (СО₂). Ученые утверждают, что примерно 10 млн. лет назад углекислоты в атмосфере было на порядок больше, чем теперь. Именно благодаря этому было возможным то буйство растительного мира, остатки которого в форме горючих ископаемых — угля, нефти, газа, торфа, горючих сланцев — служат сегодня источником нашего существования.

Углекислый газ помимо своего участия в биологическом круговороте играет большую роль в поглощении инфракрасного (теплового) излучения Земли и уменьшает охлаждение ее поверхности. Он действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: пропуская солнечную радиацию, он не пропускает обратно инфракрасное излучение, создавая тем самым известный парниковый эффект.

Источником поступления углекислого газа в атмосферу является вулканическая деятельность. В свою очередь, сам вулканизм — это следствие распада радиоактивных веществ земной коры. Но так как первичные запасы радиоактивных веществ ограничены, а процесс распада идет уже миллиарды лет, то, вероятно, этот источник углекислого газа в атмосфере уже теряет свое былое значение. В то же время такие источники CO₂, как дыхание человека и животных и сжигание органических топлив, непрерывно развиваются.

Жизненно важной составной частью атмосферы является также азот. Он играет важную роль в биологическом круговороте веществ между почвой растениями и микроорганизмами. Биологический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство фитобиомассы Земля, в свою очередь сопровождающееся затратами большого количества энергии. При распаде органического вещества заключенная в нем энергия Солнца высвобождается и используется новыми поколениями растений, животных и микроорганизмов. Кроме того, азот служит инертным разбавителем кислорода.

В атмосфере всегда присутствуют инертные газы: аргон, неон, гелий, криптон, ксенон, которые биологического воздействия на человека не оказывают. Наряду с ними встречаются также радон и его изотопы, однако концентрация их столь ничтожна, а период полураспада так мал, что они не могут неблагоприятно влиять на человека.

В атмосферном воздухе всегда содержится озон (О₃), концентрация которого у земной поверхности в среднем составляет 10~в %. Озон— аллотропическая форма кислорода — образуется в верхних слоях атмосферы под влиянием солнечной радиации. Несмотря на то что его очень мало (если бы озон сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку толщиной всего 2—3 мм), он образует своеобразный «щит земной жизни», надежно защищая нас от различных проявлений космической непогоды. Он почти полностью поглощает опасные ультрафиолетовые лучи, а также некоторую часть (до 20 %) инфракрасного излучения Земли, повышая температуру атмосферы.

Изменение количества озона в атмосфере в настоящее время служит основой научного обоснования возможности появления различных циклонов и антициклонов, потеплений и похолоданий, изменения направления ветра, т. е. прогноза погоды.

Озон — активный газ и может неблагоприятно действовать на здоровье человека.

В атмосферном воздухе содержится также небольшое количество водорода, который, как и гелий, образуется в результате радиоактивного распада и непрерывно улетучивается в космическое пространство.

Такова общая физическая картина атмосферы — одной из основных частей биосферы.

Долгое время состав атмосферного воздуха Земли был практически неизменным, хотя человек начал воздействовать на него со времени своего появления. Разумеется, процесс влияния человека на биосферу первоначально протекал крайне медленно, но тем не менее возрастал неуклонно.

Новый период в истории биосферы и, в частности, загрязнения земной поверхности начался в прошлом столетии. Это обусловилось прежде всего ростом потребления ископаемого топлива. Особенно недобрую память в этом смысле о себе оставил паровоз, загрязнявший и отравлявший окружающую среду на протяжении целого столетия.

Причины загрязнения атмосферы. Последние десятилетия, на которые приходится наиболее интенсивное развитие научно-технической революции, отличаются бурным ростом промышленности. Понадобилось всего 35 лет, чтобы удвоилась мировая промышленная продукция. Каждые 15 лет удваивается общий объем товаров и услуг в развитых странах.

Все это не могло не сказаться на окружающей среде. Появились совершенно новые пути перемещения энергии и вещества в биосфере, вызвавшие значительное отрицательное воздействие на нее.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в индустриальных странах являются автомобильный транспорт, промышленность и тепловая энергетика. Сжигаемое ими органическое топливо исчисляется миллиардами тонн.

За последнюю четверть нашего века было сожжено более 100 млрд. т ископаемого топлива. Это повлекло за собой выброс в атмосферу около 3 млрд. т золы, а вместе с ней в почвы и воды планеты попало не менее 1,5 млн. т мышьяка и 1,2 млн. т не менее ядовитых сурьмы и цинка.

 

Рассмотрим влияние тепловых электростанций на окружающуюсреду. ТЭС, потребляя энергоресурсы в виде твердого, жидкого и газообразного топлива, производят электрическую (до 75 % общей выработки электроэнергии мира) и тепловую энергии, при этом вся материальная масса топлива превращается в отходы, поступающие в окружающую среду в виде газообразных и твердых продуктов сгорания. Выбрасываемые в окружающую среду продукты сгорания определяются видом и качеством топлива, а также методом его сжигания.

 

 

 

Рис. 6.1. Влияние ТЭС на окружающую среду

 

1 — котел; 2 — дымовая труба; 3— турбина; 4— генератор;

5—подстанция; 6— конденсатор; 7 — конденсатный насос;

8— питательный насос; 9 — линия электропередачи;

10— потребители электроэнергии.

 

Для примера приведем материальный баланс (без баланса воды) современной КЭС мощностью 2400 МВт, использующей в качестве топлива донецкий антрацитовый штыб (Рис. 6.1). При сжигании 1060 т/ч этого топлива из топок котлоагрегатов, не доходя до дымовых труб, удаляется 34,5 т/ч шлака и из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99 %,—193,5 т/ч уловленной золы. Через дымовые трубы в атмосферный воздух выбрасывается 10 млн. м³/ч дымовых газов, содержащих помимо азота и остатков кислорода 2350 т/ч углекислого газа, 251 т/ч паров воды, 34 т/ч двуокиси серы (сернистого ангидрида), 9,34 т/ч окиси азота и 2,0 т/ч летучей золы, не уловленной в электрофильтрах.

Вся тепловая энергетика мира ежегодно выбрасывает в атмосферу Земли более 200 млн. т окиси углерода, более 50 млн. т различных углеводородов, почти 150 млн. т двуокиси серы, свыше 50 млн. т окислов азота, 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Производство электрической и тепловой энергии на базе органического топлива является, таким образом, уникальным по масштабам материального и энергетического обмена с окружающей средой. Ни у кого не вызывает сомнения, что подобная «деятельность» тепловой энергетики вносит существенный вклад

в нарушение того баланса установившихся в биосфере круговых процессов, которое все отчетливее стало проявляться в последние годы. Нарушение баланса отмечается не только по вредным веществам (окислы серы и азота), но и по углекислому газу. Этот дисбаланс с увеличением масштабов производства электроэнергии на базе органического топлива может, как теперь многие считают, в отдаленной перспективе привести к значительным экологическим последствиям для всей нашей планеты.

Не меньшую тревогу вызывают и огромные безвозвратные потери кислорода из атмосферы.

В нашей стране месторождения углей с высоким содержанием серы расположены в основном в европейской части страны, где и сжигается до 75 % этого топлива.

Самоочищение атмосферы от выбросов сернистого ангидрида происходит в результате его окисления озоном или кислородом воздуха при воздействии ультрафиолетового излучения, поглощения растительностью и некоторых других природных явлений. Эффект самоочищения атмосферы повышается по мере снижения концентрации выбросов. Для этого последние стремятся по возможности больше рассеять, что в известных пределах достигается путем использования высоких (до 350 м и более) дымовых труб. Однако в результате использования таких труб, естественно, не уменьшается общая масса вредоносных отходящих газов, и нередко вокруг ТЭС можно наблюдать последствия их воздействия на древесную растительность. Поэтому наравне с высокими дымовыми трубами, позволяющими уменьшить концентрацию сернистого ангидрида вблизи ТЭС, используются различные методы по уменьшению самой массы выбрасываемого вреднейшего вещества. В числе этих методов имеются такие, как предварительное извлечение серы в результате механического или химического обогащения топлив, связывание серы в процессе сжигания топлива, более глубокая очистка дымовых газов и др.

В зависимости от вида топлива, метода его сжигания и способа удаления золы из топки котла последняя в ряде случаев представляет собой ценное сырье для промышленности, строительных материалов и сельского хозяйства (известкование кислых почв и удобрение). Такого рода зола получается, например, при сжигании углей Канско-Ачинского бассейна.

Данные, оценивающие технические и экономические возможности использования энергии, меняются со временем. Поэтому прогнозы, построенные на основе этих данных, следует рассматривать как ориентировочные, которые должны периодически корректироваться.

 

Экономика

 

Фактически вся промышленная электрическая энергия в стране вырабатывается на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях. Стоимость единицы вырабатываемой электроэнергии на каждом из этих трех видах станций может резко различаться. Различны капитальные затраты при их сооружении, расходы на эксплуатацию, уровень автоматизации, степень надежности, зависимость от сезона и особенностей их климатического и географического расположения и многих других обстоятельств.

Накопители энергии

 

В тепловых установках имеется, хотя и очень небольшая, способность аккумуляции (паровые котлы, бойлеры, отопительные приборы и т. п.), имеются даже специальные тепловые аккумуляторы. Следовательно, процессы в отдельных звеньях тепловой энергетической системы (котлы, бойлеры, теплопередачи, приемники тепловой энергии) не так жестко взаимосвязаны, как в электроэнергетической системе. Так, например, прекращение подачи пара в бойлеры теплофикационных станций не вызовет мгновенного изменения режима работы отопительных приборов в тепловой сети. Все же аккумулирующая способность элементов тепло­энергетической системы невелика, и взаимосвязь отдельных элементов играет существенную роль.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: