Экологические проблемы энергопотребления и энергоснабжения

      Безопасность  действующих АЭС является одной  из главнейших задач российской атомной энергетики.

      Оценивая  перспективы развития мировой атомной  энергетики, большинство авторитетных международных организаций, связанных с исследованием глобальных топливно-энергетических проблем, предполагает, что после 2010-2020 гг. в мире вновь возрастет потребность в широком строительстве АЭС. По реалистическому варианту, прогнозируется, что в середине XXI в. около 50 стран будут располагать атомной энергетикой. При этом общая установленная электрическая мощность АЭС в мире к 2020 г. возрастет почти вдвое — достигнет 570 ГВт, а к 2050 — 1100 ГВт. 

      В табл. 4 представлены сравнительные  данные АЭС и ТЭС по расходу топлива и загрязнению окружающей среды за год при мощности по 1000 МВт.

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

      Таблица 2     Расход топлива и загрязнение окружающей среды

 

 

 3. Пути решения проблем современной энергетики

     3.1. Некоторые пути  решения проблем  тепловой 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.

     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. 

     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.

     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.

 

3.2.Использование  возобновляемых источников  энергии (ВИЭ) 

       Основные современные источники получения энергии (особенно ископаемое топливо) можно рассматривать в качестве средства решения энергетических проблем на ближайшую перспективу. Это связано с их исчерпанием и неизбежным загрязнением среды. В этой связи важно познакомиться с возможностями использования новых источников энергии, которые позволили бы заменить существующие. К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников.[6]

     По  данным конференции мэров американских городов, более 4/5 всех городов США  так или иначе используют возобновляемые источники энергии (ВИЭ), причем в  десятке лидирующих по этому направлению  городов доля ВИЭ в энергобалансе уже составляет от 3 до 17 %. Свыше 97 % (из 450 крупных городов) используют энергоэффективные технологии освещения общественных зданий, улиц, парков, дорожных знаков и т.п., в том числе с использованием фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии. В 72 % городов общественный транспорт использует альтернативные топлива и/или гибридные электрические двигатели.  
             Европейский парламент поставил цель добиться к 2020 году вклада ВИЭ в энергобаланс региона на уровне не менее 20 %, а к 2040 году – до 40 %.  

     3.2.1.Энергоустановки  с топливными элементами

     Особый  интерес представляют энергоустановки  с топливными элементами (ТЭ) со встроенным риформером природного газа, по сравнению  с традиционными энерготехнологиями обеспечивающие более высокие КПД  и экологичность работы (выбросы, уровень воздушных шумов и  т.д.). В отличие от традиционных источников их эффективность практически не зависит от мощности, что дает им особые преимущества в энергоустановках малой и средней мощности. Большой  интерес представляют гибридные  энергоустановки, в которых ТЭ сочетаются с тепловым двигателем.

                    Батареи ТЭ представляют собой  модульную конструкцию, что обеспечивает  возможность гибкого масштабирования  энергоустановок и более точного  – тем самым и более экономичного  – подбора энергоустановки под  нужды потребителя. Отсутствие  движущихся частей делает энергоустановки  с ТЭ практически бесшумными  и потенциально требующими меньших  затрат на обслуживание. Сегодня  стоимость промышленно выпускаемых  ТЭ – 4000 долларов/кВт и выше.  

 

     3.2.2.Ветроэнергетика

      Является наиболее древним источником энергии, однако особый интерес к использованию ветра для получения электроэнергии оживился в последние годы. Сделаны выводы, что в районах с интенсивным движением воздуха ветроустановки вполне могут обеспечивать энергией местные потребности. Оправдано использование ветротурбин для обслуживания отдельных объектов.

      Первая  в нашей стране ветровая электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. под Курском по проекту инженеров А.Г. Уфимцева и В.П. Ветчинкина. [6]

      Одна  из наиболее известных установок  этого класса «Гровиан» была создана в Германии, ее номинальная мощность — 3 МВт. В некоторых промышленно развитых странах установленная мощность ВЭУ также достигает заметных значений. Так, в США установлено более 1,5 млн кВт ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3% потребляемой страной энергии; велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии. При том нет никаких расходов на утилизацию отработанного топлива и нет загрязнения окружающей среды.

      Однако  ветровые источники энергии оказывают  специфическое воздействие на окружающую среду, требуют огромных площадей.

      Ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, так как они могут создавать  взаимные помехи в работе, «отнимая ветер» один у другого. Минимальное расстояние между ветряками должно быть не менее их утроенной высоты.

      Работающие  ветродвигатели создают значительный шум, генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц.

      Неприятным  побочным эффектом использования ветряков для сторонников экологически чистого хозяйства оказались биологические последствия, а именно, мельницы отпугивают птиц. Поэтому экологи вынуждены поставить вопрос о временном закрытии некоторых установок или о переводе их на более гибкий режим работы с учетом сезонных перемещений птиц.

 

3.2.3.Энергия  солнца

      Солнечная энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед традиционными органическим и ядерным горючим. Это исключительно чистый вид энергии, который не загрязняет окружающую среду, а само ее использование не связано ни с какой биологической опасностью. Использование солнечной энергии в больших масштабах не нарушает сложившегося в эволюции энергетического баланса нашей планеты.

      Это практически неисчерпаемый источник энергии. Ее можно использовать прямо (посредством улавливания техническими устройствами) или опосредованно через продукты фотосинтеза, круговорот воды, движение воздушных масс и другие процессы, которые обусловливаются солнечными явлениями.[6]

      Использование солнечного тепла - наиболее простой и дешевый путь решения отдельных энергетических проблем. Подсчитано, что в США для обогрева помещений и горячего водоснабжения расходуется около 25% производимой в стране энергии. В северных странах, в том числе и в России, эта доля заметно выше. Солнечные водонагреватели начинают использоваться для целей тепло- и горячего водоснабжения индивидуальных потребителей в южных климатических зонах. Эти возможности тем значительнее, чем больше прямой солнечной радиации поступает на поверхность Земли.

      Наиболее  распространено улавливание солнечной  энергии посредством различного вида коллекторов, еще более просты нагревательные системы пассивного типа.

      Преобразование  солнечной энергии в электрическую  возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрический ток без всяких дополнительных устройств. Солнечная энергия - практически неограниченный источник, мощность которого на поверхности Земли оценивается в 20 млрд кВт. Годовой поток солнечной энергии на Землю эквивалентен 1,2- 10й т условного топлива. Для сравнения можно указать, что мировые запасы органического топлива равняются всего 6 • 1012 т условного топлива.

      Крупномасштабное  производство электроэнергии на солнечных электростанциях имеет определенные трудности, поскольку источник солнечной энергии отличается низкой плотностью. Поэтому площадь для сбора солнечной энергии и ее концентрации на оптических системах доходит до нескольких десятков квадратных километров. Из-за большой стоимости единицы поверхности модулей концентратов создание мощных СЭС требует значительных затрат.

 

3.2.4. Энергия воды, океанических и термальных вод 

      Энергия, выделяемая при волновом движении масс воды в океане, действительно огромна. Средняя волна высотой 3 м несет примерно 90 кВт энергии на 1 м² побережья. Однако практическая реализация данной энергии вызывает большие сложности. В настоящее время эта энергия используется в незначительном количестве из-за высокой себестоимости ее получения.

      Недостаточно  до настоящего времени используются энергетические ресурсы средних и малых рек (длина от 10 до 200 км). Только в России таких рек имеется более 150 тысяч. В прошлом именно малые и средние реки являлись важнейшим источником получения энергии.

      Имеются расчеты, что на мелких и средних  реках можно получать не меньше энергии, чем ее получают на современных крупных ГЭС. В настоящее время имеются турбины, позволяющие получать энергию, используя естественное течение рек без строительства плотин. Хотя стоимость получаемой на таких установках энергии заметно выше, чем на крупных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесообразным ее получение.

      Несравнимо  более реальны возможности использования геотермальных ресурсов. В данном случае источником тепла являются разогретые воды, содержащиеся в недрах земли. В отдельных районах такие воды изливаются на поверхность в виде гейзеров (например, на Камчатке)! Геотермальная энергия может использоваться как в виде тепловой, так и для получения электричества.

      Уже в настоящее время отдельные  города или предприятия обеспечиваются энергией геотермальных вод. Это, в частности, относится к столице Исландии — Рейкьявику. В начале 80-х годов в мире производилось на геотермальных электростанциях около 5000 МВт электроэнергии (примерно 5 АЭС). В России значительные ресурсы геотермальных вод имеются на Камчатке, но используются они пока в небольшом объеме. [6]