Экологические аспекты развития энергетики

Основными источниками энергии являются углеводороды и урановые руды. Их мировые запасы примерно уже известны. Ни один режим экономии невозобновляемых источников энергии не исключает того, что в ближайшем будущем у нас не останется ресурсов.

Ситуация усугубляется при этом ещё несколькими факторами. Во-первых, экспоненциальным ростом промышленного производства. Поскольку даже при сохранении потребления ресурсов на сегодняшнем уровне их хватит не более чем на несколько десятков лет, то прирост промышленности катастрофически ускоряет приближение всемирной ресурсной катастрофы.

Есть выход из данной ситуации в термоядерной энергетике, но даже такой вариант повлечёт за собой ряд других проблем, которые могут оказаться более глобальными, чем нехватка ресурсов.

Атомная энергетика производит большое количество отходов, которые требуют специальных технологий хранения и больших экономических затрат в течение длительного времени. Высокая степень риска аварий с огромными последствиями делают АЭС нежеланными источниками энергии. Высокие затраты по демонтажу энергоблоков и по утилизации отходов, а также ликвидации последствий аварий делают вырабатываемую АЭС энергию не рентабельной.

Современное производство имеет коэффициент полезного действия не больше 2 %.

Сейчас люди пытаются внедрить возобновляемые источники энергии, которые используют энергию природы: Солнце, ветер, воду, отходы и тому подобное. Получается, что выброс какой-то части энергии в окружающую среду, из которой, по сути, её и берут, незначителен и не приносит огромного вреда.

Если рассматривать возобновляемые источники со стороны экологического отношения, то они имеют преимущество перед топливной и атомной энергетикой.

Единственным минусом данного вида преобразования энергии, как альтернативные источники, является нарушение их конструкцией естественного природного ландшафта. Особенно сильно этот недостаток заметен на больших энергоустановках.

В целом энергетическая отрасль влияет на экономику позитивно. Что касается окружающей среды, то энергетика на неё влияет негативно:

− способствует климатическим изменениям;

− происходит изменение гидрологического режима рек;

− загрязнение вод Мирового океана химическими веществами;

− влияет на появление кислотных дождей; − атмосфера загрязняется газами, пылью, вредными выбросами;

− образуется парниковый эффект;

− происходит радиоактивное и химическое загрязнение литосферы;

− исчерпываются невозобновимые природные ресурсы.

Среди прочих проблем энергетики можно выделить ненадежность оборудования, которые используется на электростанциях. Также, неправильное устранение отходов, которые зачастую попадают в атмосферу, воду и даже землю. Это приводит к гибели природы, альтернативных ресурсов и порой даже человечества. [3]

Из выше сказанного можно сделать вывод, что рано или поздно человечество вынесет энергетику на уровень космоса. Ведь только там тепловые выбросы могут поглощаться космическим «холодильником» без вреда для Земли.

Шонина, Д. Е. Экологический тормоз развития энергетики / Д. Е. Шонина, И. С. Нечаев. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 14 (252). — С. 26-28. — URL: https://moluch.ru/archive/252/57840/ (дата обращения: 25.10.2020).

 

Рис. 5 – Причинно-следственная взаимосвязь системы «человек-окружающая среда»

https://stroystandart.info/index.php?name=pages&op=view&id=51

 

Экологический фактор является одним из ключевых в развитии энергетики. В рамках Киотского протокола и пост-Киотских соглашений, национального экологического законодательства создаются правовые и экономические механизмы, которые стимулируют процесс перехода к энергетике нового типа.

В инерционном сценарии объёмы потребления ресурсов и производства отходов будут быстро нарастать, что после 2030 г. приведёт к 3 острому кризису. В стагнационном сценарии давление социума на окружающую среду будет снижаться за счёт применения правовых механизмов снижения энерго- и ресурсоемкости развития. В инновационном сценарии потребление ресурсов и производство отходов может быть радикально снижено за счёт комплекса новых технологий в энергетике.

Тренды развития мировой энергетики определяются наложением двух процессов – быстрого роста индустриальной энергетики (и потребления ископаемого топлива) в развивающихся странах и постепенного перехода развитых стран к постиндустриальной энергетике.

В нефтяной отрасли в 2000-е гг. главной тенденцией был быстрый рост спроса в развивающихся странах при спаде спроса в странах ОЭСР (с 2006 г.). В условиях истощения месторождений с благоприятными условиями добычи это стало предпосылкой быстрого роста цен на нефть. В газовой отрасли наблюдались, по существу, аналогичные процессы, а также быстрая интеграция мирового газового рынка. В угольной отрасли контраст между развитыми и развивающимися странами был ещё более ярким. В 2000-2009 гг. 92,5% прироста мирового потребления угля пришлось на Китай.

Наиболее заметным признаком постиндустриального развития стал бум в сфере возобновляемой энергетики. С 2000 по 2009 г. мировая мощность ветровых электростанций возросла с 18 до 160 ГВт, солнечных ФВ-станций - с 1,8 до 22,9 ГВт. К 2008-2009 гг. ВИЭ вышли на первое место в приросте мощностей в мире (40% в 2009 г.). Наряду с ВИЭ в электроэнергетике, настоящий бум пережили в 2000-е гг. мировые углеродные рынки. Их объем к 2009 г. достиг 120 млрд долл. в год, увеличившись за 10 лет в 10 раз. Инвестиции в «умные сети» достигли к 2009 г. 21 млрд долл. в США и 69 млрд долл. в мире. Объем рынка энергосервисных услуг в США и ЕС достиг 4-5 млрд долл. В строительстве значимую долю стало составлять строительство по стандартам энергоэффективности (LEED в США, BREEAM в Европе) и экологической безопасности.

Инерционный (углеводородный) сценарий:

Основной предпосылкой инерционного сценария является прохождение развивающимися странами материалоёмкого этапа индустриализации. Фронтальный рост потребления энергоресурсов всех видов в большинстве развивающихся стран приведёт к резкому росту напряжённости топливно-энергетического баланса.

Наиболее напряжённое положение сложится в нефтяной отрасли, где растущий спрос столкнётся с существенными ограничениями со стороны предложения. Усилится тенденция к концентрации добычи нефти на Ближнем Востоке. Продолжится освоение ряда месторождений со сложными условиями добычи (Арктика, глубоководный шельф, тяжёлые нефти и пр.). Это приведёт к росту предельных издержек и цен, а также к снижению уровня энергетической безопасности. «Геополитика нефти» по-прежнему будет играть чрезвычайно значимую роль. Схожие процессы будут происходить в мировой газовой промышленности. «Геополитика газа» станет для многих стран не менее важной, чем геополитика нефти. В угольной отрасли, как и в 2000-е гг., основная часть роста будет сосредоточена в Китае. Китай и Индия могут перейти к импорту угля. В атомной энергетике ожидается инерционный рост к 2050 г. в рамках существующей технологической основы (реакторы 2+ и 3 поколения на тепловых нейтронах). Потребности в уране будут расти, а урановый баланс станет напряженным.

Возобновляемая энергетика покажет максимальные темпы роста по сравнению с другими отраслями. Рост ВИЭ будет происходить за счёт ГЭС и береговых ВЭУ. В 2015-2030 гг. к лидерам роста добавятся биомасса и морские ВЭУ. Выработка солнечной энергии будет быстро увеличиваться, но её доля будет мала. Возобновляемая энергетика к 2030 г. будет составлять 7% мирового потребления первичной энергии, а к 2050 г. – 10%. Этого будет недостаточно для энергетической революции.

Основные изменения в мировой энергетике будут геополитическими. Развивающиеся страны станут крупнейшими импортерами всех видов ТЭР, при этом их зависимость от импорта будет выше уровня развитых стран. Основные риски мировой энергетики будут связаны с тремя факторами:

‒ нестабильность и вооружённые конфликты на Ближнем Востоке и в Центральной Азии;

‒ угрозы морским путям транспортировки;

‒ борьба между государствами за доступ к энергетическим ресурсам.

Стагнационный (возобновляемый) сценарий:

Основной предпосылкой стагнационного сценария является трансфер существующих технологий в развивающиеся страны с целью снижения энергоёмкости процесса индустриализации.

Потребление нефти продолжит свой рост, но оно будет существенно более медленным, чем в инерционном сценарии.Структура мирового автопарка к 2050 г. претерпит существенные изменения. Главным трендом будет развитие всех существующих альтернатив нефтепродуктам и двигателю внутреннего сгорания. Пониженное потребление нефти приведёт к меньшей концентрации добычи на Ближнем Востоке, повышенному уровню самодостаточности ряда регионов-импортёров, меньшей геополитической напряжённости. Спад напряжённости на нефтяном рынке станет долгосрочной предпосылкой снижения цен на нефть. В мировой газовой промышленности рост потребления также окажется существенно ниже, чем в инерционном сценарии. Геополитика газа будет играть гораздо меньшую роль, чем в инерционном сценарии.

Если в инерционном сценарии ожидался значительный рост угольной отрасли (к 2050 г. – более чем на 30%), то в стагнационном сценарии мировое потребление угля существенно упадет. В атомной энергетике в стагнационном сценарии ожидается устойчивый нисходящий тренд, отрасль сократится практически в 2 раза. Предпосылками для этого будут высокая стоимость и продолжительность строительства, стагнация технологического уровня, сохраняющиеся проблемы радиационной безопасности.

Возобновляемая энергетика будет расти существенно быстрее инерционного сценария. Доля ВИЭ к 2050 г. достигнет 21% мирового первичного потребления энергии. В возобновляемой энергетике в 2030 г. г. будет преобладать ветровая энергетика (72%), но к 2050 г. ее доля снизится до 60% за счет опережающего роста производства электроэнергии из биомассы и солнечной энергетики.

В результате основные изменения в мировой энергетике будут регулятивными Сложится сложная система регулирования мировой энергетики, включающая глобальные и локальные климатические соглашения, климатические налоговые и таможенные тарифы, технологические стандарты.

Инновационный (возобновляемо-атомный) сценарий:

Основной предпосылкой инновационного сценария является переход к новой фазе развития в лидирующих странах, что окажет значительное индуктивное влияние и на процесс индустриализации развивающихся стран, делая его значительно менее энергоёмким.

Потребление нефти до 2020 г. стагнирует, а затем начинает снижаться. К 2050 г. снижение достигает почти 30% от современного уровня. Структура производства автомобилей и мирового автопарка к 2050 г. претерпит радикальные изменения. Главным трендом будет развитие гибридов и электромобилей. Сворачивается добыча в районах с наиболее сложными условиями и наиболее высоким уровнем издержек, что приводит к снижению предельных издержек, а в сочетании со спадом спроса – к долгосрочному и глубокому падению цен. Ожидается концентрация добычи на Ближнем Востоке с его низкими издержками, но геополитическое значение нефтяной отрасли все равно снизится, а ее использование как инструмента политического давления станет невозможным.

Динамика газовой отрасли будет аналогична динамике нефтяной отрасли. Спад спроса приведёт к формированию «рынка покупателя». «Геополитика газа» будет играть минимальную роль. Динамика угольной отрасли аналогична стагнационному сценарию – стагнация до 2030 г. и существенный спад к 2050 г. (до 47% к современному уровню).

В атомной энергетике в инновационном сценарии, напротив, ожидается прорыв. К 2030 г. атомная энергетика может возрасти вдвое, а к 2050 г. – вчетверо по сравнению с современным уровнем. Основой такого роста станет ускоренный переход на стандартные реакторы 3 и 4 поколения, а также на реакторы на быстрых нейтронах. Это позволит решить урановую проблему и проблему отработанного ядерного топлива.

Возобновляемая энергетика будет расти быстрее, чем в двух других сценариях. Она возрастёт к 2030 г. по сравнению с уровнем 2010 г. в 9 раз, а к 2050 г. – в 26 раз (без учёта биомассы и большой гидроэнергетики). Доля ВИЭ в производстве электроэнергии в мире возрастёт с 2,6% в 2010 г. до 27,1% в 2030 г. и 48,8% в 2050 г. В структуре возобновляемой энергетики в 2030 г. будет преобладать ветровая энергетика (70%). К 2050 г. её доля сократится до 47% за счёт роста доли солнечной энергетики (35%). Ожидается радикальное удешевление солнечной энергетики.

В инновационном сценарии электроэнергетика растёт максимальными темпами, что приближает мировую энергетику к состоянию «электрического мира». Доля электроэнергии в мировом конечном энергопотреблении в инновационном сценарии вырастет с 21,7% в 2010 г. до 28,6% в 2030 г. и 36,8% в 2050 г. К 2050 г. развивающиеся страны достигают современного стандарта энергопотребления (5000 кВт-ч на человека в год). Но снижение количественных различий сопровождается ростом качественных различий. После 2030 г. в лидирующих странах начнётся формирование энергетических систем нового поколения, основанных на технологиях «умных сетей».

В результате основные изменения в мировой энергетике будут технологическими, а регулятивные и геополитические факторы отступят на задний план. Сложится энергетика нового типа – постиндустриальная. Фактически энергетический рынок станет рынком услуг, а затем и технологий, а не товаров.

http://portal-energo.ru/articles/details/id/292

 

Возобновляемые источники энергии всё шире применяются в энергетике и поэтому привлекает внимание аспект их взаимодействия с окружающей средой.

Потенциальный вред от солнечной энергетики на окружающею среду наблюдается при производстве и захоронений (или утилизации) отходов. Источником загрязнения окружающей среды является заводы производящие полупроводниковые материалы солнечных элементов, а не солнечная энергия, которая является «чистой».

Кроме того, в то время как использование солнечной энергии не загрязняет среду, то изготовление определённых типов солнечных устройств может. Серьёзных претензий к солнечным водонагревательным и отопительным установкам у экологов нет, к тому же они маломасштабные по изготовлению. Могут быть проблемы при вытекании антифризов из 2-х, 3-х контурных систем.

Касательно солнечных электростанций (СЭС), солнечных электроцентралей (СЭЦ) и солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС), то условно экологически чистой можно назвать лишь их эксплуатацию. Кремний является стабильным материалом и по существу не представляет опасности для окружающей среды. В производстве кремниевых солнечных элементов вредные вещества выделяются также как и в электронной промышленности, в целом и в этих случаях мониторинг и контроль, как на заводах, так и в окружающей среде осуществляется постоянно. При производстве солнечных элементов на основе диселенида меди и индия, а также теллурида кадмия потенциальный вред может иметь место из-за использования селенида и кадмия.

Наиболее перспективным направлением использования солнечной энергии является её использование в солнечных системах теплоснабжения.

При использовании ветроэлектрических установок (ВЭУ) вредных выбросов в атмосферу не происходит, однако реально работающие ВЭУ позволили обнаружить ряд отрицательных явлений:

‒ вред, наносимый птицам и животным;

‒ создание механического и аэродинамического шумов и мощных инфразвуковых колебаний;

‒ помехи для воздушного сообщения и для радио- и телевещания.

При близком расположении к населённым пунктам у людей возникает болезни сердца, звон в ушах, головокружение, мигрень. Создаваемый ветротурбинами инфразвук вызывает вибрацию костей.

В таблице 2 для сравнения приведены уровни шумов от различных источников.

По оценкам годовая смертность птиц от столкновения с ВЭС равна 0,0285 млн. особей в год.

Производство электроэнергии из биомассы считается наиболее экологически безопасной отраслью энергетики, так как она способствует снижению загрязнения окружающей среды всевозможными отходами (животноводческими, бытовыми, лесной и деревообрабатывающей промышленности и т. д.). Вместе с тем при ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол возникает значительное количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), существенно загрязняющих окружающую среду.

Например, при производстве одного литра этанола образуется 13 литров жидких отходов. Кроме того, происходит тепловое загрязнение, обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв. Использование в качестве топлива для автомобилей биоэтанола повлечёт за собой рост объёмов выбрасываемого в атмосферу углекислого газа, а также приведёт к увеличению площадей вырубаемого леса. С ростом потребности стран в биотопливе вырастет и площадь полей, используемых для посева кукурузы и тростника, что приведёт к вырубке леса. Уменьшающиеся лесные массивы, в свою очередь, будут перерабатывать в кислород меньшие объёмы углекислого газа.

Переход предприятия на биогаз связан с некоторыми аспектами, положительно влияющими на экологию:

‒ переработка биомассы в биогаз – экологичный способ переработки органических отходов;

‒ получение биогаза и использование его вместо природного газа избавляет от необходимости использовать дорогостоящий невозобновляемый ресурс;

‒ переработка органических отходов даёт (в зависимости от характера перерабатываемого сырья) кормовые добавки или эффективные биоудобрения;

‒ антропогенная нагрузка на экосистемы снижается;

‒ предприятие эффективно использует возобновляемые ресурсы.

Гидроэлектростанции (ГЭС) используют энергию падающего потока воды, которая потом преобразуется в электрическую. Основные экологические проблемы ГЭС связаны с созданием водохранилищ и затоплением значительных площадей плодородных земель. В результате повышения уровня воды происходит подтопление прилегающих к водохранилищам территорий, заболачивание, дополнительное выведение из сельскохозяйственного оборота земель. Особенно эти проблемы характерны для равнинных рек. В горных районах воздействия на окружающую среду ГЭС значительно меньше, где водохранилища обычно занимают небольшие территории. В некоторых странах с горным рельефом значительную часть энергии получают за счёт гидроэнергетики.

Безопасность гидротехнических сооружений определяется не только наведённой сейсмичностью, но и просчётами в проектировании, а также воздействием стихии.

Основное негативное воздействие на окружающею среду геотермальные установки оказывают в период разработки месторождения, строительства водопроводов и зданий, но оно обычно ограничено ареалом месторождения. Одно из неблагоприятных проявленийзагрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин. Серьёзной проблемой может стать необходимость отчуждения больших земельных площадей. К примеру, в Долине гейзеров (США) дебит каждой скважины обеспечивает в среднем 7 МВт полезной мощности. Для работы станции мощностью 1000 МВт требуется 150 скважин, которые занимают территорию более 19 км².

Потенциальными последствиями геотермальных разработок являются оседание почвы и сейсмические эффекты, происходит снижение дебитов термальных источников и гейзеров.

Высокая сейсмическая активность является одним из признаков близости геотермальных месторождений, или он используется в поисках ресурсов. На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объём токсичных газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ТЭС, и они имеют другой химический состав. В водяном паре, добываемом из геотермальных скважин часто, содержатся газовые примеси, состоящие на 80 % из двуокиси углерода и содержащие небольшие доли метана, водорода, азота, аммиака и сероводорода. Прямые выбросы СО₂, при этом лежат в пределах от 4 до 740 грамм на 1 кВтпроизведённой энергии. Потребность ГеоТЭС в охлаждающей воде (на 1 кВт-ч электроэнергии) в 4-5 раз выше, чем ТЭС, из-за более низкого КПД. Проблема снята обратной закачкой отработанной воды в пласт. Современные проекты геотермальных установок в обязательном порядке содержат обратную закачку. Однако применение технологии с гидроразрывом пласта зачастую приводит к порче подземных вод, просадкам грунта и может спровоцировать землетрясения.

Кроме рассмотренных воздействий геотермальной энергетики, возможны другие негативные проявления:

‒ изменение уровня грунтовых вод, заболачивание;

‒ выброс отравленных вод и конденсата, загрязненных в небольших количествах аммиаком, ртутью, кремнеземом;

‒ загрязнение подземных вод и водоносных слоёв, засоление почв;

‒ выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.

Для учёта отрицательного влияния различных типов энергоустановок на окружающею среду в настоящее время предложено несколько различных методик предусматривающий штрафной экологический балл.

Юмаев, Н. Р. Экологические аспекты применения возобновляемых источников энергии / Н. Р. Юмаев. — Текст: непосредственный // Современные тенденции технических наук: материалы VI Междунар. науч. конф. (г. Казань, май 2018 г.). – Казань: Молодой учёный, 2018. – С. 16-21. – URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/300/14145/ (дата обращения: 25.10.2020).