Проблемы энергетики

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 синезеленых (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.

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 (аридных) 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. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных частях мира 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.

 
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.

Некоторые параметры  воздействия АЭС и ТЭС на среду  представлены в таблице:

Сравнение АЭС и  ТЭС по расходу топлива и воздействию  на среду. Мощность электростанций по 1000 мВт, работа в течение года; (Б. Небел, 1993)

|Факторы воздействия  на среду |ТЭС |АЭС | 
|Топливо |3,5 млн.т угля |1 ,5 т урана | 
| | |или 1000 тонны | 
| | |урановой руды | 
|Отходы: | | | 
|углекислый газ |10 млн.т |- | 
|сернистый ангидрид |400 тыс.т |- | 
|и другие соединения | | | 
|зола |100 тыс.т |- | 
|радиоактивные |- |2 т |

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов  в среду крайне незначительны. В  среднем они в 2-4 раза меньше, чем  от ТЭС одинаковой мощности.

К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный  фон радиоактивности не более  чем на 
0,02%. До Чернобыльской катастрофы не в только в мире, но и в России никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но и она не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

По различным данным, суммарный выброс продуктов деления  от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения  отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС 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, или 80000 км2. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. 
Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни еще нескольких поколений.

После аварии на Чернобыльской  АЭС отдельные страны приняли  решение о полном запрете на строительство  АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, 
Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства.

В процессе ядерных  реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива. 
Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология захоронения довольно сложна и дорогостояща. 
Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. 
Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. 
Последние располагаются друг от друга на таком растоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций.

Неизбежный результат  работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу получаемой энергии здесь  оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла  отводится в атмосферу. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС  дает 1,5 км3 подогретых вод, на АЭС такой  же мощности объем подогретых вод  достигает 3-3,5 км3.

Следствием больших  потерь тепла на АЭС является их более низкий коэффициент полезного  действия по сравнению с ТЭС. На последних  он равен 
35%, а на АЭС - только 30-31 %.

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 (особенно  при открытом способе);

. 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  800-900 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 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.

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:

1. 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.

2. 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.

3. Большие и реальные  возможности уменьшения или стабилизации  поступления загрязнений в среду  связаны с экономией электроэнергии. 
Особенно велики такие возможности 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 слаботочных устройств.

4. 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.

5. 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.

 
Альтернативные источники получения  энергии