Приложение 1. Экологические проблемы альтернативной энергетики

д.х.н., проф. МГУ, Лисичкин Г.В.

(В кн. Материалы конференции «Основы экологической безопасности» /Под ред. Г.А. Богдановского, Н.А. Галактионовой. «Научные труды МНЭПУ». Вып. 4. Серия: «Реймерсовские чтения». – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. – с.37 – 44.)

Загрязнение природной среды при производстве электрической энергии в массовом сознании связано в первую очередь с работой ядерных электростанций, а также с использованием в качестве энергоносителей твердых горючих ископаемых. Для лиц, отягощенных хотя бы элементарным естественно-научным образованием, ясно, что и такие энергоносители, как нефть и природный газ создают весьма существенную нагрузку на среду обитания. Однако наш опыт показывает, что даже многие специалисты-экологи убеждены в абсолютной безопасности для природы альтернативных (возобновляемых) источников энергии.

Настоящая статья посвящена краткому анализу экологических проблем, возникающих при крупномасштабном производстве электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии.

Прежде чем рассматривать альтернативные источники энергии, примем к сведению очень важное обстоятельство: нас интересует возможность использования этих источников в больших масштабах, мы пытаемся оценить перспективы замены традиционных энергоносителей – в первую очередь нефти – в связи с их грядущим исчерпанием. Если в наши дни суммарная доля альтернативных энергоносителей в мировом производстве энергии не достигает и одного процента, то в предвидимом будущем можно ожидать ситуации, когда примерно четверть всей вырабатываемой электроэнергии будет получаться за счет возобновляемых источников. Таким образом, нас интересуют экологические последствия использования энергии Солнца, ветра, тепла Земли и т.п. не в условиях испытания единичных установок и опытно-промышленных разработок, а последствия применения таких энергоносителей, когда их доля в энергетическом балансе крупных государств достигнет десятков процентов.

Гидроэнергия

Рассматривая возобновляемые источники энергии, следует начать с гидроэнергетики, которая уже более века не является альтернативным источником электроэнергии. Известно, что использование энергии рек во многих странах, в том числе и в России, достигло впечатляющего уровня, но рост доли гидроэнергии в развитых странах сильно замедлился. Существенно, что его сдерживают не столько дороговизна ГЭС, сколько неблагоприятные экологические последствия. Крупные гидростанции, построенные на равнинных реках, привели к возникновению громадных мелководных водохранилищ. Оказались затопленными огромные пространства сельскохозяйственных угодий, сенокосных лугов. Сильно замедлилось течение воды, она прогрелась и зацвела. Почти прекратилась миграция проходных рыб. Все эти печальные последствия можно видеть на примере Волги, энергетические ресурсы которой практически исчерпаны, а река стала цепью слабопроточных водохранилищ.

Не многим лучше обстоит дело с возведением ГЭС в горах. Там площадь водохранилищ меньше, но непредсказуемо воздействие большой массы воды на тектонику прилегающих горных массивов. Кроме того, в горной местности весьма активно идут процессы заиливания водохранилищ.

Итак уже на примере гидроэнергетики ясно, что сама по себе «возобновляемость» энергоносителя отнюдь не является гарантией его экологической чистоты.

Энергия ветра

Понятно, что одна ветроустановка безобидна. Но как только мы захотим с помощью энергии ветра выработать, скажем, 20% необходимой нашей стране электроэнергии (это примерно 200 млрд. кВт ч), окажется, что для строительства ветроэлектростанций потребуются весьма значительные площади земли; для изготовления десятков тысяч ветряных колес (диаметр примерно 100 м) и башен для них придется резко увеличить производство алюминия или стеклопластика, а это весьма грязные производства; при мощности одной установки 250 кВт возникает шум силой 50-80 децибел; ветряные колеса генерируют опасные инфразвуковые колебания.

Но главная неприятность, по-видимому, состоит в том, что из-за крупномасштабного использования энергии ветра он будет рассеиваться, изменится роза ветров и, следовательно, нарушится климатическое равновесие, перенос влаги и тепла не только в районе, где построена ветроэлектростанция, но и далеко за его пределами.

Интересно, что соображения об экологической опасности утилизации ветроэнергии уже нельзя считать чисто умозрительными. Власти Дании, где уже 5,5 % от всего потребления электроэнергии поставляют ветроэлектростанции, поставили задачу удвоить эту долю. Однако они натолкнулись на мощное сопротивление общественности и «зеленых». Дело в том, что из-за дефицита свободной территории строительство пятисот ветроустановок (пять групп по сто штук в каждой) планируется на морском мелководье. В этом случае ликвидируются места традиционного обитания птиц, создается невыносимый шум и возникают помехи в распространении радиоволн, интенсивно мешающие работе телевизионных станций.

Солнечная энергия

Различные схемы преобразования солнечной энергии в электрическую также сопряжены со значительным воздействием вредных факторов на природу. (Речь по-прежнему идет о широкомасштабном производстве энергии, о значительном вкладе солнечной энергии в энергетический баланс планеты.).

Для строительства солнечных станций потребуется отчуждение огромных площадей, не менее чем на 3 порядка больших, нежели для тепловых электростанций той же мощности. Но проблема заключается еще и в том, что любой способ преобразования солнечной энергии отличается высокой материалоемкостью, причем для изготовления оборудования требуется либо уже упомянутый экологически опасный в производстве алюминий (башни, баки, конструкции отражателей), либо еще более опасный кремний (материал для солнечных батарей). Напомним, что технология производства высокочистого кремния включает стадии его восстановления магнием из кремнезема и дальнейший синтез через трихлорсилан. Этот и иные способы получения кремния «солнечной» чистоты при крупнотоннажном производстве серьезно загрязнят окружающую среду, прежде всего – атмосферу.

Наконец, главная экологическая опавсность состоит в том, что при отборе солнечного тепла будет происходить похолодание, пропорциональное количеству преобразованной солнечной энергии. Этим эффектом вполне можно пренебречь при строительстве маломощных домашних устройств, но не при проектировании крупных солнечных станций, которые должны вносить заметный вклад в энергетический баланс страны и занимать сотни квадратных километров. Как отметил академик П.Л.Капица, применение фотопреобразователей с высоким КПД (лишь такие выгодны экономически) может привести к понижению температуры, из-за которого начнется конденсация водяного пара в атмосфере и соответственно прекратят работу фотоприемники. Если ограничить КПД пятнадцатью процентами (уровень лучших современных преобразователей), то туман не будет появляться, но тогда под солнечные станции придется отчуждать еще более гигантские территории. Можно думать, что климат на этих территориях станет прохладнее.

Тепло Земли

Не меньшие, а возможно, и большие трудности экологического характера возникают при проектировании крупных геотермальных электростанций. Работа ГеоТЭС сопряжена с необходимостью сбрасывать горячую и более или менее минерализованную воду. Сброс такой воды чреват значительной опасностью для гидробионтов. Из-за повышения температуры уменьшается концентрация растворенного в воде кислорода – его уже недостаточно для многих рыб (форель, например, живет только в холодной воде), а минеральные примеси угнетают водные организмы. Отбор из скважин пароводяной смеси во многих случаях сопровождается выбросами токсичных газов; расширяющийся при выходе на поверхность пар вызывает сильный шум.

Из перечисленных факторов наиболее неприятна необходимость сбрасывать горячую минерализованную воду. Закон о недрах запрещает сброс такой воды в реки и рекомендует закачивать ее через специально пробуренные скважины обратно в земные недра. Но последствия этого приема при крупномасштабном производстве энергии прогнозировать очень трудно. Микроземлетрясения при закачивании воды уже зафиксированы.

Влияние ГеоТЭС на природу легко наблюдать на примере Паужетской станции на Южной Камчатке: в радиусе двух-трех километров от станции торчат голые, без коры и листьев, стволы каменной камчатской березы, далеко слышен неумолчный рев выходящего на поверхность пара. При этом мощность станции всего 11 мВт. Для сравнения отметим, что мощность главных турбин атомного ледокола «Арктика» – 55 мВт.

Панорама строительства и атмосферный воздух в районе Мутновской ГеоТЭС (70 км от Петропавловска-Камчатского) также оставляют довольно тяжелое впечатление.

Энергия морских приливов

Использование энергии морских приливов также вызывает неблагоприятные экологические последствия: крупная приливная гидроэлектростанция представляет собой гигантскую плотину, затрудняющую водообмен между морем и морским заливом или устьем реки. Плотина препятствует естественной миграции гидробионтов, нарушает установившиеся за миллионы лет связи. Это, конечно, неприятно, но не катастрофично. Однако есть и более серьезные опасения: нетрудно рассчитать, что строительство группы приливно-отливных электростанций большой мощности (сотни гигаватт) – а именно такие нужны для компенсации дефицита горючих ископаемых – на доли секунды замедлит вращение Земли. Последствия этого трудно даже предположить.

Водородная энергетика

До сих пор мы рассматривали так называемые первичные энергоносители, но есть еще и вторичные, важнейший из которых водород. Идея его использования проста: направим первичную энергию на производство водорода из воды, а дальше будем использовать водород как экологически чистое топливо – при его окислении образуется только вода.

Сам по себе водород действительно относительно чист в экологическом плане. Надо лишь учесть, что при его горении на воздухе развиваются температуры, достаточные для окисления азота. Поэтому помимо воды среди продуктов горения будет некоторое количество оксидов азота.

Основные проблемы возникают при получении водорода. Добыча водорода из его природных соединений в соответствии с законом сохранения энергии требует столько же энергии (в реальных условиях несколько больше), сколько мы получим при окислении водорода. Следовательно мы должны затратить эквивалентное количество первичной энергии, которая, как мы убедились, не может быть экологически чистой. Значит, мы попросту переносим загрязнения из одного региона (где водород потребляют) в другой (где его получают).

Низкая плотность, взрывоопасность, высокая диффузионная подвижность водорода (под давлением и при нагревании он способен просачиваться через металл) требуют для работы с ним новых материалов и технологий, которые вряд ли будут экологически чистыми. Пока трудно даже представить себе весь комплекс природоохранных проблем, которые возникнут при производстве специальных сплавов для трубопроводов, при строительстве и последующей эксплуатации водородопровода длиной 2000 км.

Еще одна сложная проблема – это экологический аспект аккумулирования водорода. Понятно, что расход водорода как и любого другого энергоносителя будет неравномерным. Следовательно необходимо заранее проектировать устройства для аккумулирования водорода. На сегодняшний день лучшими экономическими и техническими характеристиками обладают интерметаллические аккумуляторы, представляющие собой трехкомпонентные сплавы на основе редкоземельных элементов. Емкость их по водороду составляет 2 %-масс. Ясно, что крупномасштабное применение водорода приведет к многократному увеличению производства редкоземельных металлов, что отнюдь не безопасно с позиций охраны среды обитания.

Аналогичным образом можно рассмотреть любые другие альтернативные источники энергии, существующие или только намечаемые: управляемый термоядерный синтез, энергия растительной биомассы, энергия малых рек, энергия низкопотенциального тепла и т.д. и т.п. Энергетика, основанная на любых источниках, независимо от того возобновляемые они или нет, не может быть экологически чистой, если масштаб производства энергии велик. Разумеется, экологическая опасность разных видов энергоносителей различна, но она есть всегда. Экологически чистой энергии не бывает.

Правило шлейфа

Для оценки экологического ущерба, наносимого конкретным видом энергетики, совершенно недостаточно учитывать только чистоту энергоносителя. Необходимо брать в расчет воздействие на среду сооружений, машин и устройств для отбора и передачи энергии, а также технологий производства соответствующих материалов и аппаратуры. Широкое использование любого нового вида энергии требует создания новой подотрасли промышленности, включающей добычу сырья и его переработку, изготовление оборудования, утилизацию морально или физически устаревшего оборудования. Ясно, что новая подотрасль станет дополнительным источником загрязнения среды. Получается, что использование нового, пусть даже почти чистого энергоносителя влечет за собой шлейф заведомо нечистых технологий.

Электроэнергия на автомобильном транспорте

С электромобилями связан один чрезвычайно живучий миф: «Переход автомобильного транспорта на электрическую тягу обеспечит чистоту атмосферы». В действительности если значительную часть автомобилей с двигателями внутреннего сгорания заменить на электромобили с аккумуляторами (а это единственный на сегодня реальный вариант автомобильных источников энергии), произойдет экологическая катастрофа. При массовой эксплуатации таких электромобилей выбросы двигателей будут заменены слегка уменьшенными выбросами на электростанциях: ведь аккумуляторы надо постоянно заряжать, значит, надо пропорционально увеличить мощность электростанций, т.е. имеет место перенос экологических проблем из одного региона в другой.

Но главное – аккумуляторы. Кислотные свинцовые или щелочные никель-кадмиевые источники тока – а нам понадобится производить дополнительно сотни миллионов аккумуляторов – потребуют резко увеличить производство этих токсичных металлов. Придется налаживать и систему утилизации. Учитывая, что каждый двадцатый российский шофер (это в лучшем случае) будет выбрасывать старые аккумуляторы в придорожную канаву, нетрудно представить и даже довольно точно оценить масштабы экологического бедствия, которое обрушится на наши головы. Следовательно, в качестве источника электроэнергии нужны какие-то другие, не производимые сегодня, автомобильные источники тока, например топливные элементы или фотопреобразователи. Но здесь вступает в силу правило шлейфа.

Заключение

Подводя итог проведенному в статье анализу, необходимо сделать несколько важных выводов.

1. Современная промышленная цивилизация неминуемо влечет за собой загрязнение среды обитания. Обеспечение растущего населения Земли энергией потребует увеличение ее производства в течение трех-четырех ближайших десятилетий примерно вдвое. С учетом невозможности создания полностью безотходной промышленности, интенсивного сельского хозяйства, энергетики, транспорта, быта, следует решать проблему минимизации загрязнений, понимая, что создать «чистую» цивилизацию в обозримый период времени не удастся.

2. Для реализации полностью безотходной цивилизации необходимо связать воедино все производственные процессы на Земле, замкнуть их в одну гигантскую материально-энергетическую систему. Решение этой задачи принципиально возможно, но оно окажется под силу только нашим далеким потомкам.

3. Широкое использование возобновляемых источников энергии в будущем неизбежно, экологическая опасность каждого из них индивидуальна, необходима постановка научных исследований, направленных на изучение влияния нетрадиционных энергоносителей на среду обитания.

4. Наиболее вероятно, что основным энергоносителем следующего столетия станет природный газ, наступит так называемая газовая пауза, которая может продлиться очень долго, если учесть, что запасы метана в виде газовых гидратов как минимум в 10 раз превышают запасы всех вместе взятых горючих ископаемых на нашей планете. За период газовой паузы будет создан глобальный энергетический комплекс, отвечающий требованиям экологии и экономики, включающий возобновляемые энергоресурсы и управляемый термоядерный синтез.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лисичкин Г.В. Химия и жизнь, 1999, №2, с.22.

2. Новая энергетическая политика России. М., Энергоатомиздат, 1995, 512 с.

3. Дядин Ю.А., Гущин А.Л. Соросовский образовательный журнал. 1998, №3, с.55.

4. Путвинский С.В. Усп.физ.наук. 1998, т.168, №11, с.1235.

Предыдущая

Лекиця 4

Альтернативная энергетика.

Проф.И.Хузмиев

Общие положения.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)- это солнечное излучение, энергия ветра, энергия малых рек и водотоков, приливов, волн, энергия биомассы (дрова, бытовые и сельскохозяйственные отходы, отходы животноводства, птицеводства, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, лесозаготовок), геотермальная энергия, малых рек и водотоков, приливов, волн, геотермальная энергия, а также рассеянная тепловая энергия (тепло воздуха, воды океанов, морей и водоёмов) (Рис.2.1.)

Рис.2.1. Мощность возобновляемых источников энергии, поступающих на землю и направления их использования.(степень, означает 11 )

: http://user.ospu.odessa.ua/~shev/emd_m/nie/doklad.htm

Массовое использование возобновляемых и нетрадиционных источников энергии (Таблица 2.1.) являетсяодним из способов решения энергетической, экологической и продовольственной проблем, которые сегодня стоят перед всем мировым сообществом (таблица 2.2.).Их использование необходимо рассматривать с позиций системного подхода, одно из важнейших требований которого заключается в рассмотрении технических систем во времени (жизненный цикл) и в пространстве (внешняя среда).

Способы использования возобновляемых источников энергии

Таблица 2.1.

Роль ВИЭ в решении трёх глобальных проблем Таблица 2.2.
Вид ресурсов или установок	Энергетика	Экология	Продовольствие
Ветроустановки	+	+	+
Малые и микроГЭС	+	+	+
Солнечные тепловые установки	+	+	+
Солнечные фотоэлектрические установки	+	+	+
Геотермальные электрические станции	+	+/-
Геотермальные тепловые установки	+	+/-	+
Биомасса. Сжигание твёрдых бытовых отходов	+	+/-
Биомасса. Сжигание сельскохозяйственных отходов, отходов лесозаготовок и лесопереработок	+	+/-	+
Биомасса. Биоэнергетическая переработка отходов	+	+	+
Биомасса. Газификация	+	+
Установки по утилизации низкопотенциального тепла	+	+
Биомасса. Получение жидкого топлива	+	+	+

Положительное влияние;

Отрицательное влияние;

0 отсутствие влияния.

Под жизненным циклом обычно понимается структура процесса разработки, производства, эксплуатации. Он включает следующие стадии:

Формирование требований к системе;

Проектирование;

Изготовление, испытание и доводку опытного образца;

Серийное производство;

Эксплуатация;

Модернизация;

Первые три стадии называют внешним проектированием или макропроектированием. Здесь определяются: цели системы, определяются граничные условия, исследуются свойства внешней среды, механизмы и параметры системы, ее количественные характеристики и связи и как результат формулируется техническое задание на разработку проекта. Например, рассмотрим проблему энергоснабжения удаленных и мобильных потребителей, которым необходимо энергоснабжение, но в силу различных причин (удаленность, трудности рельефа и т.д.) оно затруднено или невозможно. Проблемы энергоснабжения таких потребителей решаются несколькими путями с помощью:

Различных видов классического топлива;

Энергии, запасенной в химических процессах;

Возобновляемых, нетрадиционных источников энергии и их комбинацией;

Использование нетрадиционных решений для обеспечения энергией отдельных потребителей позволит повысить социально-культурный уровень жизни работников, снизить издержки производства, повысить надежность и качество энергоснабжения на базе местных ресурсов, снизить антропогенное воздействие на окружающую среду. Поэтому для указанных выше потребителей необходимо активизировать строительство малых и микро ГЭС, использование энергии ветра, солнца, геотермальных и биоэнергетических источников. Все они обладают своими преимуществами и недостатками (Таблица 2.3.).

Сравнение ВИЭ с централизованными источниками

Таблица 2.3..

Источник	Стоимость Единицы	Стоимость ед. уст. мощности	Уд. показ., масса на	Надежность электро- снабжения	Квалифик. обслуж.	Эколог.
энергии	произв. Энергии	Ед. уст. Мощности	персонала	опасность
1. Невозобновляемые	Высокая	Средняя	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая
2. Химические	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая
3. Возобновля-емые	Низкая	Высокая	Средняя	Средняя	Низкая	Низкая
4. Малая гидроэнерг.	Низкая	Средняя	Средняя	Высокая	Низкая	Низкая

Особый интерес возобновляемые источники энергии представляют для потребителей, расположенных в отдаленных местах, где население в основном занимается сельскохозяйственным производством (Таблица 2.4.). Классические системы энергоснабжения нуждаются в постоянной доставке к местам потребления дорогого жидкого топлива стоимостью с учетом доставки около 2$ за 1 литр, строительства линии электропередачи стоимостью более 20 тыс.$ за 1км и возведение электростанций при цене ориентировочно 1000$ за 1 кВт установленной мощности. Нетрадиционные решения же, основанные на первичных источниках энергии, имеющихся на месте потребления, хорошо вписываются в программы сбалансированного развития отдаленных регионов.

Потребители энергии в домашнем хозяйстве

Таблица 2.4..

Бытовые потребители.	Технологические потребители.
Приготовление пищи,	Микроклимат в технологических помещениях
Отопление и кондиционирование	Орошение и водоснабжение
Водоснабжение и водоотведение	Кормоприготовление
Освещение,	Уход за животными, лечение
Нагрев воды для бытовых целей,	Вакцинация
Радио, телевидение, связь,	Получение продукции в животноводстве и аквакультуре
Энергоснабжение бытовых процессов	Уборка и утилизация отходов
(уборка, мойка посуды, стирка, шитье	Технологии в растениеводстве
И т.д.),	Транспортные операции
Санитарно-гигиенические	Сушка, первичная обработка и хранение продукции
Мероприятия,	Технологии строительства

Основной целью развития нетрадиционной энергетики должно быть рациональное использование природных ресурсов, в том числе и энергетических, с сохранением экологического равновесия и социальной стабильности. При этом должны решаться следующие задачи:

Повышение уровня жизни населения с помощью автономных систем энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии,

Снижение потребности в дровах, замедление процесса сведения растительного покрова, повышение эффективности землепользования,

Сокращения импорта нефтепродуктов и развитие собственной энергетической базы,

Стабилизация цен на энергоносители и обеспечение бесперебойного энергоснабжения,

Подготовка квалифицированного персонала в области производства и потребления энергоресурсов и их эффективного использования.

Возобновляемые источники энергии - практически неисчерпаемы и всегда доступны благодаря быстрому распространению современных технологий. Их использование соответствует стратегии использования различных энергетических источников. Возобновляемые ресурсы являются общепризнанным способом защиты экономики от ценовых колебаний и будущих расходов по защите окружающей среды. Технологии, основанные на использовании возобновляемых источников энергии, являются экологически чистыми из-за отсутствия выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Их применение не вызывает образование парникового эффекта и, соответственно, связанных с ним климатических изменений, и не приводит к образованию радиоактивных отходов.

Использование ВИЭ позволяет:

• Повысить энергетическую безопасность стран, зависящих от поставок углеводородного сырья. Использования ВИЭ является альтернативой энергоснабжению в условиях роста цен на нефть и природный газ.
• Улучшить снизить эмиссию парниковых газов, в соответствии с Киотским протоколом и улучшить экологическое состояние окружающей среды.
• Создать новые образцы высокоэффективного конкурентного в море энергетического оборудования
• Сохранить запасы имеющегося энергетического сырья
• Увеличить ресурсы углеводородов для технологического применения

Применение ВИЭ тормозится по следующим причинам:

· Отсутствие необходимых Законов и нормативных актов по развитию и поощрению потребителей и бизнесменов по применению ВИЭ. Отсутствие государственных органов управления по управлению процессами внедрения ВИЭ.

· Низкий платежеспособный спрос населения и организаций. Многие субъекты РФ - дотационные, нет экономических стимулов для вложения инвестиций (налоговые льготы, льготные кредиты), отсутствие утвержденной федеральной целевой программы, Отсутствие механизмов финансирования и возврата вложенных средств, недостаточный уровень экономических знаний организаций, принимающих решения.

· Отсутствие по некоторым видам ВИЭ готовых систем энергоснабжения, низкий уровень стандартизации и сертификации оборудования, неразвитость инфраструктуры, отсутствие обслуживающего персонала, недостаточный объём научно-технических и технологических разработок, недостаточный уровень технических знаний организаций, принимающих решения.

· В связи с тем, что Россия богата энергоресурсами, потребители относятся к ним как к нечто бесконечному и общедоступному. Этому также способствует их относительная дешевизна по сравнению с мировыми ценами.

· Неосведомленность населения, руководителей и общественности о возможностях ВИЭ. Отсутствие пропаганды в средствах массовой информации о свойствах ВИЭ и примеров их использования..

Наше будущее в значительной степени зависит от применения технологических инноваций. Возобновляемые источники энергии смогут в течение будущих десятилетий влиять на изменение общества в целом. Согласно прогнозам значение и доля возобновляемых источников энергии в общем процессе получения энергии будет возрастать. Эти технологии не только сокращают глобальную эмиссию СО 2 , но и придают необходимую гибкость процессу энергопроизводства, делая его менее зависимым от ограниченных запасов ископаемого топлива. По единому мнению экспертов в течение некоторого периода времени гидроэнергетика и биомасса будут доминировать над другими видами возобновляемых источников энергии. Однако, в ХХI веке первенство на энергорынке будет принадлежать ветроэнергетике и солнечной энергетике, которые сейчас активно развиваются. На современном этапе ветроэнергетика является самой быстрорастущей отраслью производства электроэнергии. В некоторых регионах уже сегодня ветроэнергетика конкурирует с традиционной энергетикой, основанной на использовании ископаемых видов топлива. В конце 2002 года установленная мощность ветростанций во всем мире превысила 30000 МВт. В то же время очевиден явный рост интереса во всем мире к солнечным электростанциям, хотя ее сегодняшняя себестоимость в два –три раза выше себестоимости традиционной энергетики. Фотоэлектричество особенно привлекательно для удаленных областей, не имеющих подключения к общей энергосистеме. Передовая тонкоплёночная технология, применяемая для производства фотоэлектрических батарей активно внедряется в крупномасштабное коммерческое производство.

Такие большие энергокомпании, как Энрон, Шелл и Бритиш Петролеум за последнее время много инвестировали в развитие фото и ветроэнергетики. Это является одним из самых убедительных фактов перспективного будущего возобновляемой энергетики. Большие инвестиции со стороны ведущих мировых энергокомпаний планируются также и в развитие других видов ВИЭ. Одним из наиболее перспективных рынков применения ВИЭ в ближайшие 20 лет во всем мире станут развивающиеся страны, испытывающие сегодня проблемы с нехваткой энергии. Для многих стран привлекательным является мобильный характер этих технологий. Установки, работающие на ВИЭ, можно разместить близко к пользователям. Кроме того, их монтаж быстрее и дешевле по сравнению со строительством больших тепловых электростанций, требующей протяженных линий электропередач. Возобновляемые источники энергии также пользуются спросом и в промышленно развитых странах. Опрос общественного мнения, проведенный в США, показывает, что большая часть энергопотребителей страны согласна платить больше за "зелёную" (экологически чистую) энергию, и многие энергетические компании могут им ее предложить. В Европе благодаря сильной общественной поддержке быстро растет рынок возобновляемых источников энергии.

Различные сценарии развития показывают, что доля использования возобновляемых источников энергии к 2010 году будет составлять от 9,9% до 12,5%. Поставленная цель, составляющая 12%, ("амбициозная, но реально выполнимая"), должна быть достигнута за счет установки 1 млн. "солнечных крыш", установленной мощности ветростанций, равной 15000 МВт и 1000 МВт установленной мощности в области биоэнергетики. Современная доля ВИЭ в энергопроизводстве, составляющая 6%, включает и большую гидроэнергетику, развитие которой в дальнейшем не планируется из-за негативного воздействия на окружающую среду. Увеличение доли ВИЭ должно быть обеспечено за счет развития энергетического использования биомассы, ветроэнергетики (установленная мощность ВЭС должна достигнуть 40 ГВт). Планируется установка 100 миллионов квадратных метров солнечных коллекторов. Ожидается увеличение установленной мощности ФЭБ до 3 ГВт э, геотермальных установок до 1 ГВт т, а тепловых насосов - до 2.5 ГВт т. Общая сумма капиталовложений достигнет 165 миллиардов евро (1997-2010 гг.), будет создано до 900000 новых рабочих мест, выбросы СО 2 уменьшатся на 402 млн.. тонн. Исходя из того, что ВИЭ сегодня обеспечивают менее 6% энергопотребления стран ЕС, необходимо объединить усилия для увеличения этой доли. Это, в свою очередь, создаст возможность для экспорта энергии и улучшения экологии. В настоящее время Европа импортирует более 50% энергоносителей, и если не принять срочных мер, то эта цифра может возрасти до 70% к 2020 году.

По оценкам Европейской Ассоциации Ветроэнергетики, установка ветростанций общей мощностью 40 ГВт, позволит создать дополнительно до 320 000 рабочих мест. По данным Ассоциации Фотоэлектрической Промышленности, установка 3 ГВт э создаст 100000 рабочих мест. Федерация Солнечной Энергетики считает возможным обеспечить 250000 рабочих мест, действуя только для нужд внутреннего рынка и еще 350000 рабочих мест могут быть созданы в случае работы на экспорт. White Paper предлагает ряд налоговых стимулов и других финансовых мер для поощрения инвестиций в область возобновляемых источников энергии, а также меры поощрения использования пассивной солнечной энергии. Согласно этому документу: "Поставленная цель удвоить текущую долю возобновляемых источников энергии до 12% к 2010 году - реально выполнима". Доля возобновляемых источников энергии в производстве электричества может вырасти от 14% до 23% и более к 2010 году, если принять соответствующие меры. Создание рабочих мест - один из наиболее важных аспектов, характеризующих развитие возобновляемой энергетики. Потенциал занятости населения в области возобновляемых источников энергии можно оценить по следующим данным:

Необходимо отметить, что при сравнении различных источников энергии цена является ключевым параметром. Возобновляемые источники энергии зачастую считаются более дорогостоящими по сравнению с ископаемым топливом. Такое заключение обычно основывается на неправильной оценке затрат. Когда мы оплачиваем счет за электроэнергию или заполняем бак своего автомобиля, мы обычно оплачиваем неполную цену за энергию. Цена не включает в себя всех затрат. Существует много скрытых затрат, связанных с использованием энергии. Скрытые социальные и экологические затраты, риск, связанный с использованием ископаемых видов топлива - основные барьеры к коммерциализации возобновляемых технологий. Общепризнано, что современные рынки игнорируют эти затраты. На самом деле, на мировом энергорынке предпочтение отдается загрязняющим источникам энергии, например, серосодержащим - углю и нефти, а не экологически чистым возобновляемым источникам. До тех пор, пока традиционные технологии способны перекладывать на общество существенную часть своих затрат, связанных с загрязнением окружающей среды и расходами на здравоохранение, возобновляемые источники, будут находиться в неравных условиях. И это несмотря на то, что ВИЭ практически не ухудшают состояние экологии и даже дают такие положительные эффекты, как создание рабочих мест, особенно в сельской местности. Поэтому для создания рынка, действующего по правилам "честной игры", необходим учет всех этих затрат.

Очень трудно оценить затраты, связанные с экологическим загрязнением, а некоторые из них даже трудно определить. Тем не менее, проведенные исследования доказывают их существенные размеры. Например, согласно исследованиям немецких ученых, затраты на производство электроэнергии ископаемых видов топлива, не включая затраты, связанные с решением проблемы глобального потепления, составляют 2,4-5,5 амер. цента/кВт*ч. В то же время стоимость электроэнергии, выработанной атомными электростанциями, - 6,1-3,1 амер. цента/кВт*ч. Согласно другому исследованию, выбросы SO 2 при сжигании угля на американских электростанциях ежегодно обходятся гражданам США в 82 миллиарда американских долларов - дополнительно для возмещения ущерба, нанесенного здоровью людей. Сокращение сельскохозяйственных урожаев, вызванное загрязнением воздуха, обходится американским фермерам в 7,5 млрд. американских долларов в год. Важным является тот факт, что граждане США фактически ежегодно оплачивают скрытые затраты, связанные с использованием энергии, в размере примерно 109-260 млрд. долларов. Подобные примеры могут быть приведены для других стран. Если бы дополнительные затраты включались в рыночные процессы, технологии по применению ВИЭ оказались бы в более выгодном положении, конкурируя с ископаемыми видами топлива. Тогда мы могли бы говорить о существенном проникновении ВИЭ на мировой энергетический рынок уже сегодня.

Источник : http://www.ecomuseum.kz/dieret/why/why.html

Которые говорят о том, что мировая экономика в 2014 году выросла на 3 %, при этом произошло еще одно событие, значение которого крайне велико. Речь идет об эпохальном сдвиге. Дело в том, что впервые рост мировой экономики не сопровождался ростом выбросов углекислого газа. Отчет был представлен организацией «Сеть по политике возобновляемой энергии для XXI века», которая работает под эгидой ООН.

«Виной» этому послужили активнейшие действия Китая по разработке и переходу на возобновляемые источники энергии. В 2014 году Поднебесная ввела в строй столько гидроэлектростанций, «ветряков» и станций по использованию энергии солнца, сколько ни одна страна мира. Еще одна важная веха развития Китая в прошлом году заключалась в том, что впервые за долгое время в этой стране было снижено потребление угля.

А что же Россия?

Небезосновательно считается, что запасы невозобновляемых источников энергии, в первую очередь нефти и газа, у нашей страны довольно велики. В своем докладе на прошедшем в 2013 году в Москве Первом международном форуме «Возобновляемая энергетика» академик Фортов и доктор технических наук Попель говорят об этом :

«Россия, безусловно, лучше, чем любая другая страна в мире, в целом обеспечена собственными запасами традиционных топливно-энергетических ресурсов».

Действительно, большинство российских граждан прекрасно осведомлены о том, что наша страна занимает первые места по экспорту нефти и газа. В связи с этим развитие возобновляемых источников энергии даже может показаться блажью. Однако это не так. Почему? Среди рассуждений Фортова и Попеля можно выделить несколько основных аргументов, основанных на реальном положении дел:

1. Как это не покажется странным, многие регионы страны испытывают дефицит энергии. Это касается в том числе и Субъектов Федерации, расположенных на юге. Они нуждаются в поставках энергии, а также в завозе топлива.

Ученые говорят о том, что «для них столь же актуально решение проблемы региональной энергетической безопасности, как и для стран импортеров энергоресурсов».

2. Использование газа как источника энергии - гораздо более экологичная технология, чем сжигание угля или нефтепродуктов.

Однако по данным ученых по состоянию на 2013 год, в России было газифицировано около 50 % городских и 35 % сельских населенных пунктов. «Газпром» на своем сайте приводит показатели так называемого среднего уровня газификации на начало 2013 года: в городах - 70,1%, в сельской местности - 53,1% . В любом случае ясно одно - ситуация с газификацией России далека от идеальной. Естественно, люди, живущие в местности без газа вынуждены использовать уголь и нефтепродукты, являющиеся источником локального загрязнения.

3. Природные катаклизмы высветили, что и в районах централизованного энергоснабжения необходимо развитие малой распределительной генерации.

Благодаря ей можно повысить надежность энергоснабжения потребителей в небольших населенных пунктах, которые питаются электричеством через ЛЭП, а снабжаются теплом с помощью местных котельных.

4. ВИЭ дает отличный «подсобный» эффект: развивается бизнес, появляются новые рабочие места, рождаются новые инновационные технологии и производства.

5. У России большие запасы нефти и газа, но небезграничные.

Рано или поздно, придется думать об иных источниках энергии. Однако энергетика - очень инертная сфера: чтобы что-то серьезно изменить в ней или перестроить через годы, нужно начинать уже сейчас.

Итак, в научной среде есть серьезные силы, которые аргументированно поддерживают развитие в нашей стране возобновляемых источников энергии. А что происходит на уровне государства? На словах Министерство энергетики очень даже «за» :

«До недавнего времени по целому ряду причин, прежде всего из-за огромных запасов традиционного энергетического сырья, вопросам развития использования возобновляемых источников энергии в энергетической политике России уделялось сравнительно мало внимания. В последние годы ситуация стала заметно меняться. Необходимость борьбы за лучшую экологию, новые возможности повышения качества жизни людей, участие в мировом развитии прогрессивных технологий, стремление повысить энергоэффективность экономического развития, логика международного сотрудничества – эти и другие соображения способствовали активизации национальных усилий по созданию более зеленой энергетики, движению к низкоуглеродной экономике».

А что на деле? В реальности в России есть возобновляемая энергетика. К сожалению, некоторые граждане восторгаются зарубежными солнечными электростанциями и при этом не знают, что у нас они тоже есть, и не только они .

К примеру, в России действует относительно немало объектов малой гидроэнергетики: в Московской области, Карелии, на Кавказе, неподалеку от Уфы и Оренбурга. Энергия ветра используется в ряде кавказских регионов и близ Санкт-Петербурга, а также на севере европейской и азиатской частей страны. Ветряная электростанция построена, например, в Тикси - это крайне удаленное от привычной «цивилизации» место. Россия использует энергию волн Баренцева моря и развивает геотермальные станции на Курильских островах, Сахалине и, опять же, на Кавказе. Как мы видим, кавказский регион - это место, где используются разнообразные возобновляемые источники энергии, здесь же "добывают" энергию солнца. Впрочем, развивать солнечную энергетику можно и в других частях нашей страны:

Существует и государственная политика в области возобновляемых источников энергии, а также планы по их строительству. Один из важнейших документов в данной сфере - государственная программа «Энергоэффективность и развитие энергетики», утвержденная правительственным постановлением . В программе есть интересующий нас раздел - подпрограмма «Развитие использования возобновляемых источников энергии».

С одной стороны, увеличение количества ВИЭ кажется довольно незначительным. Однако предстоит серьезная работа - ведь на данный момент доля ВИЭ в общем энергобалансе страны не превышает 1 % . В случае успешной реализации государственной программы будет создана довольно серьезная основа для дальнейшего развития ВИЭ в стране.

Самый главный вопрос - достаточные ли это темпы? Важно отметить, что доля ВИЭ в мире растет довольно бурно. В некоторых странах, особенно, в развитых, доля ВИЭ в общем энергопроизводстве довольно внушительна:

Существует опасность, что Россия просто-напросто отстанет в очень серьезной и жизненно важной сфере - в энергетике и через пару десятилетий окажется в плохом положении. С другой стороны, правильно ли вообще ориентироваться исключительно на «долю в общем энергобалансе»? Не лучше ли будет в нашей стране, прежде всего, учитывать энергообеспеченность? Кроме того, нужно понимать, что долю ВИЭ наращивают до таких высоких значений в основном страны-импортеры энергоносителей. Если в Германии долю возобновляемых источников энергии в среднесрочной перспективе собираются поднять до 30 %, то это не значит, что наша страна должна ставить перед собой такую же цель.

России, естественно, нужно развитие использования возобновляемых источников энергии. Однако при этом важно учитывать множество факторов: и реальные экономические возможности страны, и фактические потребности, и мировую ситуацию.

-- [ Страница 5 ] --

Обезвоженный этанол – жидкость в интервале температур от –117 до +78 °С с температурой воспламенения 423 °С. Применение его в двигателе внутреннего сгорания требует специального карбюратора. Поэтому и смешиhttp://dhes.ime.mrsu.ru – Кафедра теплоэнергетических систем 9 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) вают бензин с обезвоженным этанолом (20 % по объему) и используют эту смесь (газохол) в обычных бензиновых двигателях. Газохол в настоящее время – обычное топливо в Бразилии (этанол там получают из сахарного тростника и маниока), используют его и в США (этанол из кукурузы).

Важная особенность этанола – способность выдерживать ударные нагрузки без взрыва, из-за этого он гораздо предпочтительнее добавок из тетраэтилсвинца, вызывающего серьезные загрязнения атмосферы. Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивают двигателям 20%-ное увеличение мощности по сравнению с чистым бензином. Массовая плотность и теплотворная способность этанола ниже, чем бензина, соответственно теплота сгорания (24 МДж/м3) на 40% ниже чем бензина (39 МДж/м3). Однако лучшее горение этанола компенсирует это уменьшение теплотворной способности. Опыт подтверждает, что двигатели потребляют примерно одинаковое количество газохола и бензина.

Литература

1. Бойлс Д. Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки. – М. Агропромиздат, 1987.

2. Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. – Рига: Зинатие, 1988.

3. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. – М. Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.

16. Использование биотоплива для энергетических целей

16.1. Производство биомассы для энергетических целей

16.2. Пиролиз (сухая перегонка)

http://dhes.ime.mrsu.ru – Кафедра теплоэнергетических систем 10 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)

16.3. Термохимические процессы

16.4. Спиртовая ферментация (брожение)

16.4.1. Методы получения спирта

16.4.2. Использование этанола в качестве топлива

Литература

–  –  –

18.1. Проблема взаимодействия энергетики и экологии В комплексе существующих экологических проблем энергетика занимает одно из ведущих мест. В связи с интенсивным вовлечением возобновляемых источников энергии в практическое использование особое внимание обращается на экологический аспект их воздействия на окружающую среду.

Существует мнение, что выработка электроэнергии за счет возобновляемых источников представляет собой абсолютно экологически «чистый»

вариант. Это не совсем верно, так как эти источники энергии обладают принципиально иным спектром воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом, минеральном и гидравлическом топливе, причем в некоторых случаях воздействия последних представляют даже меньшую опасность. К тому же определенные виды экологического воздействия НВИЭ на окружающую среду не ясны до настоящего времени, особенно во временном аспекте, а потому изучены и разработаны еще в меньшей степени, чем технические вопросы использования этих источников.

Разновидностью возобновляемых источников энергии являются гидроэнергетические ресурсы. Долгое время их также относили к экологически «чистым» источникам энергии. Не принимая во внимание экологические последствия такого использования, естественно, не проводилось достаточных разработок природоохранных и средозащитных мероприятий, что привело гидроэнергетику на рубеже 90-х годов к глубокому кризису. Поэтому возможные экологические последствия применения НВИЭ должны быть исследованы заранее.

Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источников в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 1 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) на уровне современных знаний и технологий обходится довольно дорого.

Однако во всех случаях их использование приводит к эквивалентному снижению расходов органического топлива и меньшему загрязнению окружающей среды. До настоящего времени во всех методиках, в которых приводится технико-экономическое сопоставление традиционных видов получения энергии с возобновляемыми источниками, эти факторы не учитывались вообще или только отмечались, но не оценивались количественно.

Таким образом, актуальной становится задача разработки научно обоснованных методов экономической оценки экологических последствий использования различных видов возобновляющихся источников энергии и новых методов преобразования энергии, которые должны количественно учесть факторы иного, по сравнению с традиционными установками, воздействия на окружающую среду.

Рассмотрим основные факторы экологического воздействия нетрадиционных возобновляющихся источников энергии на различные природные среды и объекты.

18.2. Экологические последствия развития солнечной энергетики

Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объектами, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзя назвать полностью обоснованным. В лучшем случае к экологически чистой можно отнести конечную стадию – стадию эксплуатации СЭС, и то относительно.

Солнечные станции являются достаточно землеемкими. Удельная землеемкость СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га/кВт с наиболее вероятными значениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чем для ТЭС и АЭС. При этом надо учесть, что солнечные станции весьма материалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях землеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеемКафедра теплоэнергетических систем, 2004 2 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) кость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.

Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.

Гелиотехника косвенным образом оказывает влияние на окружающую среду. В районах ее развития должны возводиться крупные комплексы по производству бетона, стекла и стали. Во время изготовления кремниевых, кадмиевых и арсенидогелиевых фотоэлектрических элементов в воздухе производственных помещений появляются кремниевая пыль, кадмиевые и арсенидные соединения, опасные для здоровья людей.

Космические СЭС за счет СВЧ-излучения могут оказывать влияние на климат, создавать помехи теле- и радиосвязи, воздействовать на незащищенные живые организмы, попавшие в зону его влияния. В связи с этим необходимо использовать экологически чистый диапазон волн для передачи энергии на Землю.

Неблагоприятные воздействия солнечной энергии на окружающую среду могут проявляться:

в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;

©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 3 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) в большой материалоемкости;

в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты и нитриты;

в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов токсичными веществами при использовании солнечных систем в сельском хозяйстве;

в изменении теплового баланса, влажности, направления ветра в районе расположения станции;

в затемнении больших территорий солнечными концентраторами, возможной деградации земель;

в воздействии на климат космических СЭС;

в создании помех телевизионной и радиосвязи;

в передаче энергии на Землю в виде микроволнового излучения, опасного для живых организмов и человека.

18.3. Влияние ветроэнергетики на природную среду

Факторы воздействия ВЭС на природную среду, а также последствия этого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрицательных проявлений приведены в табл. 18.3.1. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Под мощные промышленные ВЭС необходима площадь из расчета от 5 до 15 МВт/км2 в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь от 70 до 200 км2. Выделение таких площадей в промышленных регионах сопряжено с большими трудностями, хотя частично эти земли могут использоваться и под хозяйственные нужды. Например, в Калифорнии в 50 км от г. Сан-Франциско на перевале Алтамонт-Пасс земля, отведенная под парк мощной ВЭС, одновременно служит для сельскохозяйственных целей.

–  –  –

Проблема использования территории упрощается при размещении ВЭС на акваториях. Например, предложения по созданию мощных ВЭС на мелкоКафедра теплоэнергетических систем, 2004 5 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) водных акваториях Финского залива и Ладожского озера не связаны с изъятием больших территорий из хозяйственного, пользования. Из отводимой площади акватории для ВЭС непосредственно под сооружения для ВЭУ понадобится лишь около 2 %. В Дании дамба, на которой установлен парк ВЭУ, одновременно является пирсом для рыболовных судов. Использование территории, занятой ветровым парком, под другие цели зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. У больших ВЭУ лопасть при отрыве может быть отброшена на 400–800 м.

Наиболее важный фактор влияния ВЭС на окружающую среду – это акустическое воздействие. В зарубежной практике выполнено достаточно исследований и натурных изменений уровня и частоты шума для различных ВЭУ с ветроколесами, отличающимися конструкцией, материалами, высотой над землей, и для разных природных условий (скорость и направление ветра, подстилающая поверхность и т. д.).

Шумовые эффекты от ВЭУ имеют разную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия. Последние, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 Гц до нескольких кГц). Они вызваны вращением рабочего колеса и определяются следующими явлениями: образованием разряжения за ротором или ветроколесом с устремлением потоков воздуха в некую точку схода турбулентных потоков;

пульсациями подъемной силы на профиле лопасти; взаимодействием турбулентного пограничного слоя с задней кромкой лопасти.

Удаление ВЭС от населенных пунктов и мест отдыха решает проблему шумового эффекта для людей. Однако шум может повлиять на фауну, в том числе на морскую фауну в районе экваториальных ВЭС. По зарубежным данным, вероятность поражения птиц ветровыми турбинами оценивается в 10%, если пути миграции проходят через ветровой парк. Размещение ветровых парков повлияет на пути миграции птиц и рыб для экваториальных ВЭС.

©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 6 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) Высказываются предположения, что экранирующее действие ВЭС на пути естественных воздушных потоков будет незначительным и его можно не принимать во внимание. Это объясняется тем, что ВЭУ используют небольшой приземный слой перемещающихся воздушных масс (около 100-150

м) и притом не более 50 % их кинетической энергии. Однако мощные ВЭС могут оказать влияние на окружающую среду: например, уменьшить вентиляцию воздуха в районе размещения ветрового парка. Экранирующее действие ветрового парка может оказаться эквивалентным действию возвышенности такой же площади и высотой порядка 100-150 м.

Помехи, вызванные отражением электромагнитных волн лопастями ветровых турбин, могут сказываться на качестве телевизионных и микроволновых радиопередач, а также различных навигационных систем в районе размещения ветрового парка ВЭС на расстоянии нескольких километров.

Наиболее радикальный способ уменьшения помех – удаление ветрового парка на соответствующее расстояние от коммуникаций. В ряде случаев помех можно избежать, установив ретрансляторы. Этот вопрос не относится к категории трудноразрешимых, и в каждом случае может быть найдено конкретное решение

Неблагоприятные факторы ветроэнергетики:

шумовые воздействия, электро-, радио- и телевизионные помехи;

отчуждение земельных площадей;

локальные климатические изменения;

опасность для мигрирующих птиц и насекомых;

ландшафтная несовместимость, непривлекательность, визуальное невосприятие, дискомфортность;

изменение традиционных морских перевозок, неблагоприятные воздействия на морских животных.

–  –  –

18.4. Возможные экологические проявления геотермальной энергетики Основное воздействие на окружающую среду геотермальные электростанции оказывают в период разработки месторождения, строительства паропроводов и здания станций, но оно обычно ограничено районом месторождения.

Природный пар или газ добываются бурением скважин глубиной от 300 до 2700 м. Под действием собственного давления пар поднимается к поверхности, где собирается в теплоизолированные трубопроводы и подается к турбинам. К примеру, в долине гейзеров (США) производительность 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. Оседание возможно всюду, где нижележащие слои перестают поддерживать верхние слои почвы и выражается в снижении дебитов термальных источников и гейзеров и даже полном их исчезновении. Так, при эксплуатации месторождения Вайрокей (США) с 1954 по 1970 гг. поверхность земли просела почти на 4 м, а площадь зоны, на которой произошло оседание грунта, составила около 70 км2, продолжая ежегодно увеличиваться.

Высокая сейсмическая активность является одним из признаков близости геотермальных месторождений, и этот признак используется при поисках ресурсов. Однако интенсивность землетрясений в зоне термальных явлений, вызванных вулканической деятельностью, обычно значительно меньше интенсивности землетрясений, вызванных крупными смещениями земной коры по разломам. Поэтому нет оснований считать, что разработка геотермальных ресурсов увеличивает сейсмическую активность.

На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем отравляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 8 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) ТЭС, и они имеют другой химический состав по сравнению с газообразными отходами станций на органическом топливе. Пар, добываемый из геотермальных скважин, в основном является водяным. Газовые примеси на 80 % состоят из двуокиси углерода и содержат небольшую долю метана, водорода, азота, аммиака и сероводорода. Наиболее вредным является сероводород (0,0225 %). В геотермальных водах содержатся в растворенном виде такие газы, как SO2, N2, NH3, H2S, CH4, H2.

Потребность ГеоТЭС в охлаждающей воде (на 1 кВт·ч электроэнергии) в 4-5 раз выше, чем ТЭС, из-за более низкого КПД. Сброс отработанной воды и конденсата для охлаждения в водоемы может вызвать их тепловое загрязнение, а также повышение концентрации солей, в том числе хлористого натрия, аммиака, кремнезема, и таких элементов, как бор, мышьяк, ртуть, рубидий, цезий, калий, фтор, натрий, бром, иод, хотя и в небольших количествах.

С ростом глубин скважин возможно увеличение этих поступлений.

Одно из неблагоприятных проявлений ГеоТЭС – загрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин. Сброс отработанных термальных вод может вызвать заболачивание отдельных участков почвы в условиях влажного климата, а в засушливых районах – засоление. Опасен прорыв трубопроводов, в результате которого на землю могут поступить большие количества рассолов.

ГеоТЭС, имея КПД в 2-3 раза меньше, чем АЭС и ТЭС, дают в 2-3 раза больше тепловых выбросов в атмосферу. В качестве простого пути сокращения воздействий на окружающую среду следует рекомендовать создание круговой циркуляции теплоносителя на ГеоТЭС по системе «скважина – теплосъемные агрегаты – скважина – пласт». Это позволит избежать поступления термальных вод на поверхность земли, в грунтовые воды и поверхностные водоемы, обеспечить сохранение пластового давления, исключить оседание грунта и любую возможность сейсмических проявлений.

Неблагоприятные экологические воздействия геотермальной энергеКафедра теплоэнергетических систем, 2004 9 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) тики на эколгию:

отчуждение земель;

изменение уровня грунтовых вод, оседание почвы, заболачивание;

подвижки земной коры, повышение сейсмической активности;

выбросы газов (метан, водород, азот, аммиак, сероводород) ;

выброс тепла в атмосферу или в поверхностные воды;

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

загрязнение подземных вод и водоносных слоев, засоление почв;

выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.

18.5. Экологические последствия использования энергии океана

При преобразовании любых видов океанической энергии неминуемы определенные изменения естественного состояния затрагиваемых экосистем.

К отрицательным последствиям работы установок, использующих термальную энергию океана, можно отнести возможные утечки в океан аммиака, пропана или фреона, а также веществ, применяемых для промывки теплообменников (хлор и др.). Возможно значительное выделение углекислого газа из поднимаемых на поверхность холодных глубинных вод из-за снижения в них парциального давления СО2 и повышения температуры, Выделение СО2 из воды при работе океанических ТЭС предположительно на 30% больше, чем при работе обычных ТЭС той же мощности, использующих органическое топливо. Охлаждение вод океана вызывает увеличение содержания питательных веществ в поверхностном слое и значительный рост фитопланктона. При подъеме к поверхности глубинные микроорганизмы будут загрязнять океан и придется применять специальные меры для его очистки.

Строительство ПЭС сказывается неблагоприятно на состоянии приКафедра теплоэнергетических систем, 2004 10 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) брежных земель, самого побережья и аквальной вдольбереговой полосы: изменяются условия подтопления, засоления, размыва берегов, формирование пляжей и т. д. Изменение движения грунтовых вод влияет на динамику засоления прибрежных земель.

На ПЭС в КНР изучены закономерности отложения наносов в водохранилище ПЭС и за плотиной, а также мероприятия по борьбе с ними. Эксплуатация ПЭС «Ране» во Франции показала, что принятая в ее проекте однобассейновая схема двухстороннего действия максимально сохраняет природный цикл колебаний бассейна и гарантирует тем самым экологическую безопасность приливной энергии.

Использование энергии волн на глубоководных местах в открытом океане сказывается на процессах в акватории океана. Преобразователи размещаются далеко от берега и не оказывают отрицательного действия на устойчивость побережья.

При установке преобразователей вблизи побережья возникают проблемы эстетического характера, так как они видны с берега. Цепочка устройств типа ныряющих уток Солтера длиной в несколько километров выглядит эстетически менее привлекательно, чем группа продуманно размещенных отдельно стоящих преобразователей энергии. Кроме того, непрерывная линия преобразователей в отличие от отдельно расположенных установок может стать препятствием для навигации и оказаться опасной для судов во время сильных штормов.

Один из важных вопросов влияния на окружающую среду преобразования энергии волн в прибрежной зоне – это воздействие на процессы в ее пределах. Вещества, перемещаемые волнами, называются прибрежными наносами. Движение их необходимо для стабилизации береговой полосы, т. е.

баланса между эрозией и отложениями. В связи с этим цепь из преобразователей энергии волн целесообразно устанавливать в местах намечаемых волноломов, чтобы они выполняли двойную функцию: использование энергии ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 11 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) волн и защиту побережья.

Неблагоприятные экологические последствия в гидротермальной энергетике:

утечки в океан аммиака, фреона, хлора и др.;

выделение СО2 из воды;

изменение циркуляции вод, появление региональных и биологических аномалий под воздействием гидродинамических и тепловых возмущений;

изменение климата.

Неблагоприятные экологические последствия в приливной энергетике:

периодическое затопление прибрежных территорий, изменение землепользования в районе ПЭС, флоры и фауны акватории;

строительное замутнение воды, поверхностные сбросы загрязненных вод.

Неблагоприятные экологические последствия в волновой энергетике:

эрозия побережья, смена движения прибрежных песков;

значительная материалоемкость;

изменение сложившихся судоходных путей вдоль берегов;

загрязнение воды в процессе строительства, поверхностные сбросы.

18.6. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными электростанциями и другими НВИЭ являются наиболее экологически безопасными.

Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевозможными отходами. Так, например, анаэробная ферментация – эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 12 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) экологической чистоты, так как твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.

Городские стоки и твердые отходы, отходы при рубках леса и деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источники сильного загрязнения природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики эффективно в экологическом отношении.

Однако неблагоприятные воздействия на объекты природной среды при энергетическом использовании биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины дает большое количество твердых частиц, органических компонентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Другим экологическим последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.

По сравнению с древесиной биогаз – более чистое топливо, непроизводящее вредных газов и частиц. Вместе с тем необходимы меры предосторожности при производстве и потреблении биогаза, так как метан взрывоопасен.

Поэтому при его хранении, транспортировке и использовании следует осуществлять регулярный контроль для обнаружения и ликвидации утечек.

При ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол образуется большое количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), являющихся серьезным источником загрязнения среды, поскольку их вес в несколько раз (до 10) превышает вес этилового спирта.

Неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:

выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ, окиси углерода, биогаза, биоспирта;

выброс тепла, изменение теплового баланса;

–  –  –

обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;

взрывоопасность;

большое количество отходов в виде побочных продуктов (промывочные воды, остатки перегонки).

–  –  –

18. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

18.1. Проблема взаимодействия энергетики и экологии

18.2. Экологические последствия развития солнечной энергетики.................. 2

18.3. Влияние ветроэнергетики на природную среду

18.4. Возможные экологические проявления геотермальной энергетики........ 8

18.5. Экологические последствия использования энергии океана.................. 10

18.6. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок

Литература

Возобновляемые источники энергии

В понятие возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, энергия биомассы, гидроэнергия, низкопотенциальная тепловая энергия и другие "новые" виды возобновляемой энергии.

Принято условно разделять ВИЭ на две группы:

Традиционные : гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии ГЭС мощностью более 30 МВт; энергия биомассы, используемая для получения тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и некоторые другие виды печного топлива); геотермальная энергия.
Нетрадиционные : солнечная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии малыми и микроГЭС, энергия биомассы, не используемая для получения тепла традиционными методами, низкопотенциальная тепловая энергия и другие "новые" виды возобновляемой энергии.
Перспективы возобновляемой энергетики

В последние годы тенденция роста использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) становится достаточно явной. Проблемы развития ВИЭ обсуждаются на самом высоком уровне. Так на встрече на высшем уровне на Окинаве (июнь 2000) главы восьми государств, в том числе Президент России В. В. Путин, обсудили глобальные проблемы развития мирового сообщества и среди них проблему роли и места возобновляемых источников энергии. Было принято решение образовать рабочую группу для выработки рекомендаций по значительному развертыванию рынков возобновляемой энергетики. Практически во всех развитых странах формируются и реализуются программы развития ВИЭ.
Чем же вызван такой интерес к этой проблеме?

Говоря об этой тенденции, следует выделить один принципиально новый момент. До последнего времени в развитии энергетики прослеживалась четкая закономерность: развитие получали те направления энергетики, которые обеспечивали достаточно быстрый прямой экономический эффект. Связанные с этими направлениями социальные и экологические последствия рассматривались лишь как сопутствующие, и их роль в принятии решений была незначительной.

При таком подходе ВИЭ рассматривались лишь как энергоресурсы будущего, когда будут исчерпаны традиционные источники энергии или когда их добыча станет чрезвычайно дорогой и трудоемкой. Так как это будущее представлялось достаточно отдаленным (да и сейчас говорить серьезно об истощении потенциала традиционных энергоресурсов можно лишь с большой натяжкой), то использование ВИЭ представлялось достаточно интересной, но в современных условиях скорее экзотической, чем практической, задачей.

Ситуацию резко изменило осознание человечеством экологических пределов роста. Быстрый экспоненциальный рост негативных антропогенных воздействий на окружающую среду ведет к существенному ухудшению среды обитания человека. Поддержание этой среды в нормальном состоянии и возможность ее к самосохранению, становится одной из приоритетных целей жизнедеятельности общества. В этих условиях прежние, только узко экономические оценки различных направлений техники, технологии, хозяйствования, становятся явно недостаточными, ибо они не учитывают социальные и экологические аспекты.

Импульсом для интенсивного развития ВИЭ впервые стали не перспективные экономические выкладки, а общественный нажим, основанный на экологических требованиях. Мнение о том, что использование ВИЭ существенно улучшит экологическую обстановку в мире, - вот основа этого нажима.

Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в мире в настоящее время оценивается в 20 млрд. т.у.т. в год, что в два раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. И это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего.

Основное преимущество возобновляемых источников энергии - неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии.

По оценке Американского общества инженеров-электриков, если в 1980 г. доля производимой электроэнергии на ВИЭ в мире составляла 1%, то к 2005 г. она достигнет 5%, к 2020 - 13% и к 2060 г. - 33%. По данным Министерства энергетики США, в этой стране к 2020 г. объем производства электроэнергии на базе ВИЭ может возрасти с 11 до 22%. В странах Европейского Союза планируется увеличение доли использования для производства тепловой и электрической энергии с 6% (1996) до 12% (2010). Исходная ситуация в странах ЕС различна. И если в Дании доля использования ВИЭ в 2000 г. достигла 10%, то Нидерланды планируют увеличить долю ВИЭ с 3% в 2000 г. до 10% в 2020 г. Основной результат в общей картине определяет Германия, в которой планируется увеличить долю ВИЭ с 5,9% в 2000 г. до 12% в 2010 г. в основном за счет энергии ветра, солнца и биомассы.

Можно выделить пять основных причин, обусловивших развитие ВИЭ:

· обеспечение энергетической безопасности;
· сохранение окружающей среды и обеспечение экологической безопасности;
· завоевание мировых рынков ВИЭ, особенно в развивающихся странах;
· сохранение запасов собственных энергоресурсов для будущих поколений;
· увеличение потребления сырья для неэнергетического использования топлива.

Масштабы роста использования ВИЭ в мире на ближайшие 10 лет представлены в табл. 1. Чтобы ощутить масштаб цифр, укажем, что электрическая мощность электростанций на возобновляемых источниках энергии (без крупных ГЭС) составит 380-390 ГВт, что превышает мощность всех электростанций России (215 ГВт) в 1,8 раза.

Таблица 1

Вид оборудования или технологии		2000 г.	2010 г.
Фотоэлектричество		0,938 (0,26)
Ветроустановки, подключенные к сети
Малые ГЭС
Электростанции на биомассе
Солнечные термодинамические станции
Геотермальные станции
			380,9 - 392,45
Геотермальные тепловые станции и установки, ГВт
Солнечные коллекторы и системы,

На территории России сосредоточено 45% мировых запасов природного газа, 13% - нефти, 23% - угля, 14% - урана. Такие запасы топливно-энергетических ресурсов могут обеспечить потребности страны в тепловой и электрической энергии в течение сотен лет. Однако фактическое их использование обусловлено существенными трудностями и опасностями, не обеспечивает потребности многих регионов в энергии, связано с безвозвратными потерями топливно-энергетических ресурсов (до 50%), угрожает экологической катастрофой в местах добычи и производства топливно-энергетических ресурсов. Природа может не выдержать такого испытания. Около 22-25 млн. человек проживают в районах автономного энергоснабжения или ненадежного централизованного энергоснабжения, занимающих более 70% территории России.

Экономический потенциал ВИЭ на территории России, выраженный в тоннах условного топлива (т.у.т.), составляет по видам источников: энергия Солнца - 12,5 млн., энергия ветра - 10 млн., тепло Земли - 115 млн., энергия биомассы - 35 млн., энергия малых рек - 65 млн., энергия низкопотенциальных источников тепла - 31.5,млн., всего - 270 млн. т.у.т.

Эти источники по объему составляют примерно 30% от объема потребления топливно-энергетических ресурсов в России, составляющего 916 млн. т.у.т. в год, что создает благоприятные перспективы решения энергетических, социальных и экологических проблем в будущем.

Особенностью современного состояния научно-технических разработок и практического использования ВИЭ является пока еще более высокая стоимость получаемой энергии (тепловой и электрической) по сравнению с энергией, получаемой на крупных традиционных электростанциях. Но актуальность данного вопроса не исчезает. В России имеются обширные районы, где по экономическим, экологическим и социальным условиям целесообразно приоритетное развитие возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой. К ним относятся:

• зоны децентрализованного энергоснабжения с низкой плотностью населения, в первую очередь, районы Крайнего Севера и приравненные к ним территории;
• зоны централизованного энергоснабжения с большим дефицитом мощности и значительными материальными потерями из-за частых отключений потребителей энергии;
• города и места массового отдыха и лечения населения со сложной экологической обстановкой, что обусловлено вредными выбросами в атмосферу от промышленных и городских котельных, работающих на ископаемом топливе;
• зоны с проблемами обеспечения энергией индивидуального жилья, фермерских хозяйств, мест сезонной работы, садово-огородных участков.

По сути, широкое использование возобновляемых источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической стратегии России.

К примеру, во многом энергетическая безопасность формируется на региональном уровне. Степень обеспеченности регионов собственными топливно-энергетическими ресурсами является одним из основных показателей восприимчивости регионов к угрозам энергетической безопасности. Освоение и использование местных энергетических ресурсов (гидроэнергетика малых рек, торф, небольшие месторождения углеводородных топлив и др.), а также использование других, в первую очередь возобновляемых, энергетических ресурсов (солнечная, ветровая, геотермальная энергия, энергия биомассы) позволят многие регионы страны перевести на энергообеспечение за счет ВИЭ, обеспечив их энергетическую независимость.

В некоторых областях использования ВИЭ Россия имеет крупные научные результаты, соответствующие мировому уровню. Выявлены большие потенциальные возможности использования этих источников энергии в решении энергетических и экологических проблем уже в ближайшем будущем.