Экологический аспект выработки электроэнергии

Энергетика - одна из ведущих отраслей мировой экономики. От уровня развития энергетики зависит степень развития экономики страны [1]. В состав электроэнергетики входит производство электроэнергии на тепловых (ТЭС), гидро (ГЭС), атомных электростанциях (АЭС) и на электростанциях, работающих на альтернативных источниках энергии – энергии ветра, солнца, приливов, геотермальной энергии Земли.

Почти 99% всей электроэнергии в мире вырабатывается на ТЭС, ГЭС и АЭС. Больше всего электроэнергии производится в Китае (22,2% от мирового производства), США (19,4%), Индии (4,91%), России и Японии (по 4,8%). Наиболее распространёнными электростанциями являются тепловые электростанции. Они производят 68% электроэнергии в мире, представлены во многих странах и работают на минеральном сырье (уголь, мазут, природный газ). Больше всего электроэнергии на ТЭС производится в Китае, США, Индии, России, Японии. Самые большие ТЭС работают на Тайване "Тайчжунская" и в России "Сургутская 2". Электроэнергия на ТЭС производится за счет сжигания угля, мазута, природного газа.

18%

• ■    Т ЭС и а утл е

3                   ■ Т ЭС н а м аз уте

• ■    Т ЭС н а г аз е

18%                                  егэс

• ■    АЭС

• ■    Прочие:

15%      9%

Рис. Структура мирового производства электроэнергии

В структуре мирового производства электроэнергии (рис.) доля ТЭС, работающих на угле, – 39%, на мазуте – 9%, на природном газе – 15%. Доля мазута в качестве энергоисточника на ТЭС наиболее велика в Ираке (97%), Кувейте (70%), природного газа – в Катаре (100%), ОАЭ (98%), Алжире (47%), угля – в ЮАР (93%), Китае (80%), Казахстане (76%).

Наибольшее количество выбросов в окружающую среду характерно для ТЭС, работающих на угле (особенно на буром угле). Угольные ТЭС потребляют топливо больше других электростанций - 3,9 млрд. т; также используют больше всех атмосферный кислород – 5,5 млрд. т. При этом в процессе сжигания угля в атмосферу выбрасывается углекислый газ - 10

млн. т, окислы серы - 124 тыс. т, окислы азота - 34 тыс. т, а также зола, тяжелые металлы, бензопирен и другие вредные вещества [2]. Для строительства ТЭС используется участок местности в 3-4 км2. На этой территории полностью изменяются рельеф местности, характеристики и распределение воздушных течений и поверхностного стока, нарушается почвенный слой, режим грунтовых вод. Выброс больших количеств теплоты и влаги из градирен вызывает снижение солнечной освещенности приводит к образованию низкой облачности и туманов, моросящих дождей, обледенения дорог и конструкций. В теплый период года в результате испарения с земли конденсата возможно засоление почв.

В технологическом цикле электростанций более 95 % воды, необходимой для охлаждения турбин, нагревается на 8-12 °С и сбрасывается в водоемы. Происходит тепловое загрязнение водоемов. Необходимость создания водохранилищ-охладителей для мощных электростанций с поверхностью зеркала 20-30 км2 приводит к перераспределению стока, изменению режима паводков, разливов, восполнения запасов грунтовых вод, условий рыбоводства, существенно изменяет условия существования экосистем. Сточные воды и ливневые стоки с территории ТЭС загрязняются отходами технологических циклов энергоустановок (нефтепродукты, шлаки, обмывочные воды). Их сброс в водоемы может привести к гибели водных организмов, снизить способность водоема к самоочищению. Отрицательное влияние на природные условия оказывают золоотвалы - земля исключается из сельскохозяйственного оборота, происходит загрязнение грунтовых и поверхностных вод, атмосферы, нарушается функционирование природных экосистем. Таким образом, ТЭС (особенно угольная) является мощнейшим загрязнителем окружающей среды и атмосферы, в частности.

На долю гидроэлектростанций в структуре производства электроэнергии приходится 16%. По общим размерам выработки электроэнергии на ГЭС лидируют Китай, Бразилия, Канада, США, Россия. По доле гидроэнергии в структуре энергетического баланса страны лидируют Парагвай (100%), Норвегия (99%), Бразилия (95%). Самыми крупными ГЭС в мире построены в Китае - Санься, или «Три ущелья» (р. Янцзы, 22,5 млн. кВт), Силоду (р. Янцзы, 13,9 млн. кВт); в Бразилии и Парагвае - Итайпу (Парана, 14,0 млн. кВт).

Гидроэлектростанции, на первый взгляд, являются экологически чистыми сооружениями, не наносящими вреда природе. Так считали многие десятилетия. Однако теперь стало ясно, что строительство и эксплуатация ГЭС наносит большой урон и природе, и людям. Воздействие ГЭС на окружающую среду связано с необходимостью затопления значительных площадей земель сельскохозяйственного и лесохозяйственного назначения и с переселением людей в другие места. Перегораживая реку, плотина создает непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в верховья рек. Создание плотины на реке изменяет кормовую базу и условия воспроизводства, приводит к гибели рыбы в водозаборах. При этом могут сократиться запасы ценных промысловых рыб, а в некоторых случаях и исчезнуть популяции тех или иных видов. Для предотвращения этих нежелательных последствий в проектах ГЭС необходимо предусматривать специальные мероприятия, в том числе и строительство рыбопропускных и рыбозащитных сооружений. Вода в мелководных водохранилищах интенсивно прогревается солнцем, создавая условия для роста сине-зеленых водорослей, которые гниют, заражая воду и атмосферу. Местное повышение уровня воды влияет на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, к эрозии берегов и оползням. Кроме того, крупные водохранилища ГЭС могут изменять микроклимат прилегающих территорий. При этом снижаются летние максимумы температуры на 2-3 ºС и повышаются зимние максимумы на 1-2 ºС, повышается влажность воздуха.

Атомные электростанции в структуре производства электроэнергии занимают третье место. На их долю приходится 13%. Наибольшее количество атомной электроэнергии производится в США (790 млрд. кВт*ч), Франции (456 млрд. кВт*ч) и России (162 млрд. кВт*ч). Доля электроэнергии, производимой АЭС в структуре энергетического баланса страны, наиболее велика во Франции (74%), Словакии (52%), Бельгии (51%). Крупнейшими по мощности АЭС в мире являются Касивадзаки-Карива, суммарная мощность которой составляет 8 212 МВт (Япония), Брюс (Канада) и Запорожская (Украина). Как известно, в атомной энергетике развиваются два направления получения энергии: путем деления атомных ядер тяжелых элементов (ядерная энергетика) и синтезом ядер легких элементов (термоядерная энергетика).

С экологической точки зрения, АЭС являются наиболее чистыми среди других ныне действующих энергетических комплексов. Но АЭС оказывают сильное тепловое воздействие на окружающую среду, особенно на естественные водоемы. Сброс теплоты от АЭС в 1,5-1,8 раза больше, чем от ТЭС, что объясняется разницей в значениях КПД, равных 30- 40 %. Расход воды на охлаждение мощной АЭС достигает 180 м3/с, причем температура охлаждающей воды, поступающей в водоемы, составляет 40-45 ºС. Такие тепловые сбросы могут приводить к изменению теплового режима рек и озер и, как следствие, к гибели отдельных водных организмов.