Экологические проблемы использования нетрадиционных источников энергии

 БОУ Чувашской Республики СПО

"Чебоксарский электромеханический  колледж"

 

 

 

Отделение               Вычислительной техники           

 

Дисциплина     Ресурсо и энергосберегающие технологии                                        

 

 

 

 

 

^{РЕФЕРАТ}

«Экологические проблемы

использования нетрадиционных

источников  энергии»

                                                         

 

 

 

X.В309.00.XX00

 

 

 

Выполнил студент      4    курса, группы В3-09

Ядровский Н.Н.

  ^{(Фамилия И. О.)}

^{(подпись)    (чч.мм.гггг)}

Преподаватель          Павлова М.Н.

 ^{(Фамилия И. О.)}

Зачтено 

^{(чч.мм.гггг)}

с оценкой 

Подпись

^{(подпись)                  (расшифровка подписи)}

 

 

2013

 

 

 

Содержание

 

Экологические  проблемы  использования

        нетрадиционных  и ............................................................................

        возобновляемых источников энергии .............................................. 

Проблема взаимодействия энергетики и экологии  ...........................

Экологические последствия  развития солнечной

        энергетики ........................................................................................... 

Влияние ветроэнергетики  на природную среду ................................

Возможные экологические  проявления геотермальной ...................

        энергетики

Экологические последствия  использования энергии  .......................

        океана 

Экологическая характеристика использования ..................................

       биоэнергетических установок….........................................................

Литература …......................................................................................... 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проблема взаимодействия энергетики и экологии

 

     В комплексе существующих экологических проблем энергетика зани-мает одно из ведущих мест. В связи с интенсивным вовлечением возобнов-ляемых источников энергии в практическое использование особое внимание обращается на экологический аспект их воздействия на окружающую среду.

Существует мнение, что выработка электроэнергии за счет возобнов-ляемых 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 срав-нению с традиционными энергоустановками на органическом, минеральном и гидравлическом топливе, причем в некоторых случаях воздействия послед-них представляют даже меньшую опасность. К тому же определенные виды экологического воздействия НВИЭ на окружающую среду не ясны до на-стоящего времени, особенно во временном аспекте, а потому изучены и раз-работаны еще в меньшей степени, чем технические вопросы использования этих источников.

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

 Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источников в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – на уровне современных знаний и технологий обходится довольно дорого. Однако во всех случаях их использование приводит к эквивалентному сни-жению расходов органического топлива и меньшему загрязнению окружаю-щей среды.  Актуальной становится задача разработки научно обоснованных методов экономической ценки экологических последствий использования различных видов возобновляющихся источников энергии и новых методов преобразования энергии

 

 

 

 

 

 

 

Экологические последствия развития солнечной энергетики

 

   Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объекта-ми, 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 относи-тельно.

     Солнечные станции являются достаточно землеемкими. Удельная зем-леемкость 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 мате-риалоемки (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 землеем-

кость повысится и увеличится опасность  загрязнения подземных вод рассо-лами.

  Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, раститель-ности 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 некото-рых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих кон-центраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетиче-ских системах во время длительной эксплуатации могут привести к значи-тельному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жид-кости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными ве-ществами.

    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 незащищен-ные живые организмы, попавшие в зону его влияния. В связи с этим необхо-димо использовать экологически чистый диапазон волн для передачи энер-гии на Землю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неблагоприятные воздействия солнечной энергии на окружающую среду могут проявляться:

 

− в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;

• в большой материалоемкости;
• в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты и нитриты;

− в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов ток-сичными веществами при использовании солнечных систем в сельском хозяйстве;

• в изменении теплового баланса, влажности, направления ветра в рай-оне расположения станции;
• в затемнении больших территорий солнечными концентраторами, воз-можной деградации земель;

• в воздействии на климат космических СЭС;
• в создании помех телевизионной и радиосвязи;
• в передаче энергии на Землю в виде микроволнового излучения, опас-ного для живых организмов и человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние ветроэнергетики  на природную среду

 

Факторы воздействия  ВЭС на природную среду, а также последствия этого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрица-тельных 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. Выделе-ние таких площадей в промышленных регионах сопряжено с большими труд-ностями, 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.

 

 

 

 

 

 Методы устранения негативного влияния ВЭУ на окружающую среду

	Факторы воздействия					Методы устранения
I. Изъятие		земельных			ресур-	Размещение ВЭУ на неиспользуемых землях
сов,  изменение свойств поч-						Оптимизация размещения –			минимизация
венного слоя						расхода земли
						Целенаправленный учет изменений свойств
						почвенного слоя
						Компенсационные	расчеты с землепользо-
						вателями
II. Акустическое			воздействие			Изменение числа	оборотов		ветроколеса
(шумовые эффекты)						(ВК)
						Изменение форм лопасти  ВК
						Удаление ВЭУ от объектов социальной
						инфраструктуры
						Замена материалов лопастей ВК
III.  Влияние на ландшафт и						Учет особенностей ландшафта  при разме-
его восприятие						щении ВЭУ
						Рекреационное использование  ВЭУ
						Изыскание различных  форм опорных кон-
						струкций, окраски и т.д.
IV. Электромагнитное излуче-						Сооружение ретрансляторов
ние, телевидение и радиосвязь						Замена материалов лопастей ВК
						Внедрение специальной аппаратуры в кон-
						струкцию ВЭУ
						Удаление от коммуникаций
V. Влияние на орнитофауну на						Анализ поражаемости		птиц	на	трассах
перелетных трассах  и мор-						перелета и рыб на путях миграции
скую фауну при размещении						Расчет вероятности  поражения птиц и рыб
ВЭС на акваториях
VI.	Аварийные			ситуации,		Расчет вероятности поломок ветроколеса,
опасность		поломки		и	отлета	траектории и дальности  отлета
поврежденных частей ВК						Оценка надежности		безаварийной		работы
						ВЭУ
						Зонирование производства вокруг ВЭУ
VII.	Факторы,		улучшающие			Уменьшение силы ветра
экологическую			ситуацию			Снижение ветровой эрозии почв
						Уменьшение ветров с  акваторий водоемов и
						водохранилищ

 

 

Проблема использования  территории упрощается при размещении ВЭС на акваториях. Например, предложения по созданию мощных ВЭС на мелко- 

водных акваториях Финского залива и Ладожского озера не связаны  с изъя-тием больших территорий из хозяйственного, пользования. Из отводимой площади акватории для ВЭС непосредственно под сооружения для ВЭУ по-надобится лишь около 2 %. В Дании дамба, на которой установлен парк ВЭУ, одновременно является пирсом для рыболовных судов. Использование тер-ритории, 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 ис-следований 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 аэро-динамические воздействия. Последние, в свою очередь, могут быть низко-частотными (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 уст-ремлением потоков воздуха в некую точку схода турбулентных потоков; пульсациями подъемной силы на профиле лопасти; взаимодействием турбу-лентного 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 ветро-вых парков повлияет на пути миграции птиц и рыб для экваториальных ВЭС.

 

 

 

 

     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 не-большой 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 венти-ляцию воздуха в районе размещения ветрового парка. Экранирующее дейст-вие ветрового парка может оказаться эквивалентным действию возвышенно-сти такой же площади и высотой порядка 100-150 м.

Помехи, вызванные отражением электромагнитных волн лопастями ветровых турбин, могут сказываться на качестве телевизионных и микровол-новых радиопередач, а также различных навигационных систем в районе размещения ветрового парка ВЭС на расстоянии нескольких километров. Наиболее радикальный способ уменьшения помех – удаление ветрового пар-ка на соответствующее расстояние от коммуникаций. В ряде случаев помех можно избежать, установив ретрансляторы. Этот вопрос не относится к кате-гории трудноразрешимых, и в каждом случае может быть найдено конкрет-ное 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 не-восприятие, дискомфортность;
• изменение традиционных морских перевозок, неблагоприятные воз-действия на морских животных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 Возможные экологические проявления геотермальной энергетики

 

Основное воздействие  на окружающую среду геотермальные  электро-станции оказывают в период разработки месторождения, строительства па-ропроводов и здания станций, но оно обычно ограничено районом месторож-дения.

 

Природный пар или  газ добываются бурением скважин  глубиной от 300 до 2700 м. Под действием собственного давления пар поднимается к по-верхности, 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 выража-ется 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 близо-сти геотермальных месторождений, и этот признак используется при поисках ресурсов. Однако интенсивность землетрясений в зоне термальных явлений, вызванных вулканической деятельностью, обычно значительно меньше ин-тенсивности 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 отрав-ляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на

 

 

ТЭС, и они имеют другой химический состав по сравнению с газообразными отходами станций на органическом топливе. Пар, добываемый из геотер-мальных 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 загряз-нение, а также повышение концентрации солей, в том числе хлористого на-трия, аммиака, кремнезема, и таких элементов, как бор, мышьяк, ртуть, руби-дий, 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 поверх-ностных 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 результа-те 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 сокраще-ния воздействий на окружающую среду следует рекомендовать создание круговой циркуляции теплоносителя на ГеоТЭС по системе «скважина – теп-лосъемные агрегаты – скважина – пласт». Это позволит избежать поступле-ния термальных вод на поверхность земли, в грунтовые воды и поверхност-ные водоемы, обеспечить сохранение пластового давления, исключить осе-дание грунта и любую возможность сейсмических проявлений.

 

 

 

 

 

       Неблагоприятные экологические воздействия геотермальной энергетики 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 коли-чествах аммиаком, ртутью, кремнеземом;
• загрязнение подземных вод и водоносных слоев, засоление почв;
• выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экологические последствия использования энергии  океана

 

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

К отрицательным последствиям работы установок, использующих тер-мальную энергию океана, можно отнести возможные утечки в океан аммиа-ка, пропана или фреона, а также веществ, применяемых для промывки тепло-обменников (хлор и др.). Возможно значительное выделение углекислого га-за 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% боль-ше, чем при работе обычных ТЭС той же мощности, использующих органи-ческое топливо. Охлаждение вод океана вызывает увеличение содержания питательных веществ в поверхностном слое и значительный рост фитопланк-тона. При подъеме к поверхности глубинные микроорганизмы будут загряз-нять океан и придется применять специальные меры для его очистки.

 

Строительство ПЭС сказывается  неблагоприятно на состоянии при-

брежных земель, самого побережья и аквальной вдольбереговой полосы: из-меняются условия подтопления, засоления, размыва берегов, формирование пляжей и т. д. Изменение движения грунтовых вод влияет на динамику засо-ления прибрежных земель.

 

На ПЭС в КНР изучены  закономерности отложения наносов  в водохра-нилище ПЭС и за плотиной, а также мероприятия по борьбе с ними. Экс-плуатация ПЭС «Ране» во Франции показала, что принятая в ее проекте од-нобассейновая схема двухстороннего действия максимально сохраняет при-родный 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 раз-мещаются далеко от берега и не оказывают отрицательного действия на ус-тойчивость побережья.

 

 

При установке преобразователей вблизи побережья возникают пробле-мы эстетического характера, так как они видны с берега. Цепочка устройств типа ныряющих уток Солтера длиной в несколько километров выглядит эс-тетически менее привлекательно, чем группа продуманно размещенных от-дельно 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 преобразо-вания энергии волн в прибрежной зоне – это воздействие на процессы в ее пределах. Вещества, перемещаемые волнами, называются прибрежными на-носами. Движение их необходимо для стабилизации береговой полосы, т. е. баланса между эрозией и отложениями. В связи с этим цепь из преобразова-телей энергии волн целесообразно устанавливать в местах намечаемых вол-ноломов, чтобы они выполняли двойную функцию: использование энергии 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 биологи-ческих аномалий под воздействием гидродинамических и тепловых возмущений;
• изменение климата.

Неблагоприятные экологические последствия в приливной энергетике:

• периодическое затопление прибрежных территорий, изменение земле-пользования 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.

 

 

 

Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок

 

Биоэнергетические станции  по сравнению с традиционными  электро-станциями и другими НВИЭ являются наиболее экологически безопасными. Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевоз-можными отходами. Так, например, анаэробная ферментация – эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения

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 дерево-обрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источни-ки 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 компо-нентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загряз-нителей они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Дру-гим экологическим последствием сжигания древесины являются значитель-ные тепловые потери.

   По сравнению с древесиной биогаз – более чистое топливо, непроизво-дящее вредных газов и частиц. Вместе с тем необходимы меры предосторож-ности при производстве и потреблении биогаза, так как метан взрывоопасен. Поэтому при его хранении, транспортировке и использовании следует осу-ществлять регулярный контроль для обнаружения и ликвидации утечек.