Энергетика – источник жизни и загрязнения биосферы

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

« Кузбасский государственный технический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

«Энергетика – источник жизни и загрязнения  биосферы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                Выполнила: ст. группы ЭП 072 

                                                Проверила: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2008г. 
 
 
 
 
 

     Введение 
 

Ни один современный человек не может  представить свой дом без света, тепла и горячей воды. Мы настолько  привыкли, что уже не замечаем этих благ и воспринимаем их как должное. Мало кто, уходя из дома и не выключая свет, задумывается, а, сколько же это стоит? Нет, не его кошельку, а нашей матушке природе.

  Научно  доказано что потребность человечества в ресурсах и энергии растет значительно  быстрее чем численность населения. В1986г. На международном конгрессе энергетиков доказывалось, что запасов угля хватит примерно на 430 лет, нефти на 35, а газа более чем не 50.там же показано, что за счет электросбережения можно было бы сэкономить 50% энергии!

  Экологическая ситуация во всем мире и во многих регионах нашей страны продолжает ухудшаться. Наступление человеческой цивилизации на окружающую среду проявляется в усилении парникового эффекта, выпадении кислотных осадков, утоньшении озонового слоя, загрязнении гидросферы, уничтожении лесов и почвенного покрова, сокращении биоразнообразия. Все эти проблемы обсуждаются сегодня в средствах массовой информации и в научных кругах.

  Причиной  наступления цивилизации на природу  является в первую очередь демографический «взрыв» — резкое увеличение численности населения в мире в XX веке, увеличение потребностей человека и человечества и как следствие усиление давления на окружающую среду. Не менее важную роль играет и потребительский характер нашей цивилизации: исходное представление, что природа бесконечно богата и ее единственная задача — служить людям, а также чрезмерное потребление ресурсов природы, загрязнение окружающей среды в первую очередь богатыми развитыми странами.

  Однако  в последнее время происходит изменение мировоззрения человечества: все большему числу людей становится ясно, во-первых, что человек как существо биологическое — не царь природы, а только ее часть, причем всецело зависящая от состояния биосферы в целом, и, во-вторых, что ресурсы природы конечны и близки к исчерпанию. Изменить отношение к природе, бережно относиться ко всему живому, экономить природные ресурсы, перерабатывать отходы — вот задачи, которые выходят сегодня на передний план.

     Сохранение  биосферы является необходимым условием выживания человечества, экология из естественнонаучной дисциплины становится мировоззренческой наукой, интегрирующей результаты разных учебных дисциплин и определяющей поведение человека по отношению к окружающему миру и к самому себе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Энергия в жизни человека

     От  Солнца земля получает огромную энергию.30% солнечной энергии отражается в космическое пространство, а основная часть идет на нагрев земли. Солнечная энергия является источником возобновимых видов энергии: энегрии ветра, гидроэнергии рек, энергии продуктов фотосинтеза, продуктами которого всегда пользовался человек.

     Начиная с овладения огнем, человек в  своей жизнедеятельности постоянно  использовал и другие, кроме пищи источники энергии, его энергетическая мощь постоянно возрастала

     Если  при собирательстве и первобытном  рыболовстве он затрачивал на питание  мощность в 140Вт, то при подсечно-огневом  земледелии и первобытном скотоводстве – уже 250-300 Вт, а при традиционном земледелии и скотоводстве – около 500 Вт. Но самый быстрый рост мощности человеческого хозяйства начался после второй технологической (промышленной) революции XVII в., когда были разработаны методы применения энергии ископаемого топлива (в первую очередь каменного угля и нефти) в различных технологиях. Затем была повышена эффективность традиционных источников энергии: воды, ветра и солнца. Наконец, в ХХ веке началось использование ядерной энергии. В целом энерговооруженность человека возросла в тысячи раз, возникла энергетическая цивилизация – цивилизация большой социоприродной энергетики.

     В ХХв. мощность используемая человеком  на отопление, освещение, транспорт, промышленное и сельскохозяйственное производство, обработку и передачу информации и т.п., достигла в среднем 2-3 кВт/чел.

     За  последние 200 лет из-за дополнительного использования энергии урожайность пахотных земель возросла в три раза, площадь обрабатываемых земель увеличилась вдвое, численность населения – в 5 раз. В результате существования людей на вновь освоенных территориях, а также на территориях традиционного обитания без дополнительных энергозатрат стало невозможным. Затраты энергии на полях мира в среднем состовляют половину калорийности урожая, на лов рыбы в океане затрачивается мощность близкая к калорийности выловленной рыбы. Общие затраты  на потребление продуктов биосферы составляют 23% общей мощности энергопотребления. Таким образам, энергопотребление невозобновимых ископаемых ресурсов дало возможность человечеству увеличить свою долю потребления растительной продукции биосферы.

       Потребление продуктов биосферы  совместно с использованием  невозобновимых ресурсов ископаемого топлива примерно в 60 раз превышает энергию биологического потребления пищи. На душу населения современный человек  затрачивает почти в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек. Величина удельного потребления электроэнергии на душу населения отражает, как правило уровень жизни в данной стране. Чем выше удельное потребление энергии, тем выше уровень жизни. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Энергетические  ресурсы

     В настоящее время свои энергетические потребности человечество удовлетворяет в основном за счет углесодержащих видов топлива(каменного угля, нефти, газа, дров, сланцев, торфа) и урана.

     Разведанные запасы каменного угля оцениваются  в 1280 млрд. т. Прогназируемые(неразведанные) запасы нефти 100-120 млрд. т, угля  -- 3860 млрд.т, газа – 400 трлн. т, в то время как добыча нефти – 3 млрд.т. в год, газа – 2 трлн.т. в год.

     Таким образаом, при современном  уровне добычи нефти и газа их запасы кончатся после 2050г. В общем производстве энергии на 1996 г. На долю нефти приходилось 40%, угля – 28%, газа – 23%. АЭС создавали 7% энергии, прочие источники – 2.6%. легко видеть, что нефть и газ дают примерно 2/3 потребляемой в мире энергии и являются основой экономики современного общества.

     Запасы  урана U 235, который используется в качестве топлива для реакторов на тепловых нейтронах, будут исчерпаны через 50 лет. Использование реакторов на быстрых нейтронах позволит применять в качестве топливаU 238, запасы, которого огромны.

     Альтернативные  источники энергии – энергия ветра, солнца, геотермальная энергия, энергия течений пока вносят небольшой вклад в мировое производство энергии. Важную роль в жизни населения развивающихся стран играют дрова.

     Различные оценки показывают, что имеющиеся  на земле ресурсы топлива достаточны для обеспечения потребностей человечества в ХХIв.

     При сжигании топлива реализуется первичная (тепловая) энергия, которая может  быть преобразована в электрическую  с определенным коэффициентом полезного  действия (40-44% на тепловых электростанциях где сжигается углесодержащее топливо, и 30-33% на атомных электростанциях). Выработка одновременно электрической энергии и горячей воды на теплоэлектроцентралях повышает КПД использования первичной энергии до 80%.

     Электрическая энергия – основа современной цивилизации. Во всем мире она рассматривается в качестве самого предпочтительного промежуточного вида энергии, универсального (легко преобразуется в любых количествах в тепло, свет, механическую энергию и т.п.), передаваемого на значительном расстоянии и вызывающего наименьшее загрязнение окружающей среды в местах потребления. Подавляющее большинство машин и устройств, которые использует человечество, содержат электрические цепи и соответствующие узлы, работа которых невозможна без электрической энергии.

     В жизни современного общества последствия  отключения электроэнергии подобны  катастрофе. Такая катастрофа произошла 9 ноября 1965г. На территории США и  Канады. За 11 мин.на площади в 200 тыс. кв. метров отключилось электричество, на которой расположены такие гигантские города как Нью-Йорк, Бостон, Монреаль и многие другие, полностью отключилось электричество. На 12ч. Улицы погрузились во мрак, остановились поезда метро, в которых находились более 1 млн. чел, электропоезда, троллейбусы, из-за отключения светофоров нарушилось автомобильное движение. Самолеты не могли совершить посадку на погруженные в темноту аэродромы. Остановились все фабрики и заводы, застыл металл в электропечах, отключились лифты небоскребов.

     Энергетика  является одной из наиболее крупномасштабных отраслей промышленного производства. Это основа развития всех отраслей промышленности, определяющих прогресс в целом.

     Вместе  с тем самым серьезным  фактором загрязнения природной среды  являются добыча и использование  ископаемых энергоносителей, прежде всего нефти, угля и природного газа, обеспечивающего более 90% мировой потребности в энергии. 
 
 
 

     Рассмотрим  экологические характеристики энергетики, основанной на сжигании углесодержащих видов топлива (тепловой энергетики), атомной энергетики, гидроэнергетики, использующей энергию падающей воды, и альтернативные ее источники.

     Воздействие систем производства, передачи и использования  энергии на окружающую среду проявляется  в таких процессах и явлениях как:

     1.Изъятие  территорий для добычи топлива, размещений электростанции и линий электропередачи, захоронение отходов;

     2. загрязнение атмосферы и литосферы  продуктами сгорания (выбросы в  атмосферу, шлаки, радиоактивные  отходы и т.д.);

     3.тепловое  загрязнение – сброс тепловой  энергии электростанции в окружающую среду и повышение температуры среды;

     4.электромагнитное  загрязнение – создание электрических,  магнитных и электромагнитных  полей;

     5.радиоактивное  загрязнение;

     6.затопление  полезных территории( в случае  гидроэлектростанции);

     7.воздействие  на климат;

     8.воздействие  на флору и фауну;

     9.наведенная  сейсмичность – возникновение  землетрясении при создании электроустановок, в первую очередь гидроэлектростанции. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Экологические характеристики тепловой энергетики

     Тепловые  электростанции (ТЭС) дают около 70% потребляемой энергии, они работают за счет сжигания угля или мазута, и чрезмерно загрязняют атмосферу, энергия получаемая на ТЭС является одной из самых грязных. ТЭС мы будем рассматривать вкупе с предприятиями угольной промышленности т.к. тепловая энергетика требует изъятия территории для добычи топлива, его транспортировки, размещения электростанций и линий передач, а также отвалов и терриконов.

. Угольная промышленность — важное звено энергетического комплекса. 3/4 угля используется в промышленности, на тепловых электростанциях как топливо, а также как технологическое сырье и топливо в металлургии и химической промышленности (коксующиеся угли). Районообразующая роль топлива сказывается тем сильнее, чем крупнее масштабы и выше технико-экономические показатели ресурсов. Массовое и дешевое топливо притягивает к себе топливоемкие производства, определяя в известной мере направление специализации района. В топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) России доля угля в 1950-е годы достигала 65%, в 1960-е годы — 40-50%. В 1970-80-е годы угольное топливо было вытеснено нефтегазовым, и в настоящее время доля угля в ТЭБ России составляет лишь 12-13% , а в топливном балансе теплоэлектростанций — примерно 25%. В настоящее время в ТЭБ России на газ приходится 49%, нефть — 32%, уголь — около 13%. В перспективе доля угля в ТЭБ будет повышаться, и спрос на уголь в России в связи с изменением структуры запасов основных энергоносителей будет возрастать. В восточных регионах России, включая Урал, доля угля возрастает в производстве электроэнергии. В настоящее время на Дальнем Востоке удельный вес угля в балансе котельно-печного топлива превышает 80%, а электрическая и тепловая энергия в регионах Дальнего Востока вырабатывается в основном на ТЭС, сжигающих уголь.

 Господствующими являются каменные угли: они составляют 70% общих запасов. Пропорции между каменными и бурыми углями имеют заметные территориальные различия. В европейской части России, например, явно преобладают каменные угли, составляющие свыше 9/10 всех запасов, в Казахстане они находятся примерно в равном количестве, а в Сибири бурых углей в 3 раза меньше, чем каменных.

 Основными потребителями угля являются: электроэнергетика — 39%, промышленность и коммунально-бытовой сектор —27%, коксохимические предприятия — 14%, население — 8%, сельское хозяйство — 5%.

 Угольная  промышленность, с точки зрения воздействия на окружающую среду, является одной из сложных отраслей промышленности.

 На  экологическую обстановку в угледобывающих регионах оказывают большое влияние шахты, разрезы, обогатительные фабрики, предприятия угольного машиностроения, производства строительных материалов, а также строительно-монтажные предприятия, автобазы, управления водно-канализационного хозяйства и др.

 Основными направлениями негативного воздействия угольной промышленности являются следующие:

— изъятие  из землепользования и нарушение  земель;

• истощение водных ресурсов и нарушение гидрологического режима подземных и поверхностных вод;
• загрязнение подземных и поверхностных водных объектов сбрасываемыми в них производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами предприятий и населенных пунктов;
• загрязнение воздушного бассейна твердыми и газообразными вредными веществами при применении существующих технологических процессов добычи, переработки и сжигания твердого топлива;
• загрязнение земной поверхности отходами добычи и обогащения угля и сланца;
• деятельность предприятий отрасли способствует ухудшению качества атмосферного воздуха (многочисленные котельные, дымящиеся терриконы и т. д.).

Негативные  воздействия горных работ на природную  среду особенно значительны при  открытом способе добычи угля. Более 60% угольных шахт России взрывоопасны (газ и угольная пыль), почти в 50% возможно самовозгорание угля.

 По  мере эксплуатации любого угледобывающего предприятия горные работы все более передвигаются в глубь земных недр, что сопровождается удлинением производственных коммуникаций и падением их «производительности». Эти неблагоприятные изменения особенно заметны в отдельных звеньях технологической цепочки шахты (вентиляция, транспорт добытого угля и породы), которые становятся «узкими местами» в работе предприятия. В итоге производительность шахты постепенно снижается, а ее экономические показатели ухудшаются [19].

 Проектами строительства шахт предусматриваются вскрытие и подготовка к выемке запасов только одного верхнего горизонта. Но по истечении 10-12 лет шахта полностью отрабатывает данную часть угольных запасов, и на ней должны быть завершены вскрытие и подготовка к эксплуатации следующего, расположенного ниже, горизонта. Во многих случаях это означает осуществление комплекса работ по реконструкции, что требует крупных инвестиций. Таким образом, периодическая реконструкция угольного предприятия является не только (как в других отраслях) средством экономически выгодного обновления, но и условием его физического существования.

 Конечный  срок службы угледобывающего предприятия жестко ограничен величиной запасов угольного поля. Средний срок службы шахты составляет около 40 лет, то есть в отрасли ежегодно выбывает 5-7 шахт. При сохранении стабильной общей потребности страны в угле для компенсации этой потери необходимо регулярно и заблаговременно, с запасом 8-10 лет, строить такое же количество новых шахт, под которые вновь отчуждается определенное количество земель.

 Основной  проблемой охраны водных ресурсов является реконструкция и повышение эффективности действующих очистных сооружений сточных вод, т. к. 90% загрязненных сточных вод проходят очистные сооружения, но сбрасываются недостаточно очищенными. Ежегодно в связи с ужесточением требований контролирующих органов, расширением перечня ингредиентов-загрязнителей сброс сточных вод увеличивается, несмотря на строительство и ввод очистных сооружений.

 Выбросы вредных веществ в атмосферу шахтерских городов и поселков тоже являются немаловажным фактором. Под экологически чистыми технологиями добычи и переработки угля следует понимать такие технологии, использование которых должно обеспечивать минимизацию отрицательных экологических последствий уже на стадии основного производства и тем самым сократить объёмы собственно природоохранных работ.

 В настоящее  время добыча 1 т угля сопровождается образованием от 0,3 т (шахтная добыча) до 4 т (открытая разработка) вскрышных пород, 0,3 т отходов обогащения и выбросом 5-25 м³ метана. Ежегодное накопление вскрышных пород составляет около 400 млн. т и более 14 млн. т отходов углеобогащения. К настоящему времени на внешних отвалах накоплено порядка 20 млрд. т вскрышных и вмещающих пород. Процесс накопления сопровождается пылением отвалов, горением терриконов, и под влиянием ветровой эрозии локальное загрязнение становится региональным. Выход на поверхность огромной массы горных пород, сопровождающийся образованием подземных полостей, приводит к оседанию (обрушению) земной поверхности, а также к изъятию плодородных земель под горные отвалы.

    На  долю ТЭК приходится около половины всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, более 15% сбросов загрязненных сточных вод. Доля в сбросе сточных вод угольной промышленности в России составляет 8,6%. По статистическим данным, в начале 80-х годов XX века на планете добывалось около 100 млрд. т различных руд, горючих ископаемых. При этом в результате хозяйственной деятельности человека в биосферу поступило более 200 млн. т С0₂, около 146 млн. т. S0₂, 53 млн. т оксидов азота и других химических соединений. Побочными продуктами деятельности этих предприятий явились также 32 млрд м³ неочищенных вод и 250 млн т пыли.

 Загрязнителями  среды, проступающими от предприятий угольной промышленности, являются: отходы, угольная пыль, шахтная вода, что ведет к угнетению и смерти живых организмов.

 Процесс добычи угля сопровождается пылевыми и газовыми выбросами. При производстве взрывных работ появляется вероятность взрыва газопылевоздушной смеси. При выбросе горных выработок, газопыльных породных отвалов, открытых карьеров происходят выбросы в атмосферу пыли, метана, диоксида углерода, токсичных веществ, попадание минеральных солей в водоемы. В пыли содержится много различных минералов (гипс, асбест и др.), около 20% окиси железа, 5% сажи и других веществ. Пыль создает экран для солнечной радиации, из-за загрязнений крупные города получают на 15% меньше солнечного света. Пыль в атмосфере ведет к появлению и обострению респираторных и легочных заболеваний.

 При окислении и самовозгорании угля при его хранении происходит выделение дыма и токсичных веществ, ухудшение качества топлива, что ведет к загрязнению атмосферы. При подземной разработке угля основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются газопылевые выбросы из горных выработок и газопылевые выделения из породных отвалов. С газопылевыми выбросами и образуемыми при взрывах газами в окружающую среду выделяются вещества, обладающие токсичным воздействием. Добыча 2 млрд. т угля сопровождается выделением 27 млрд. м³ метана (СН₄) и 16,8 млрд. м³ диоксида углерода.

 Существенным  фактором загрязнения атмосферного воздуха является также выделение значительного количества пыли, газообразных, в том числе ядовитых, продуктов дыма с поверхности отвалов пород (терриконов), что обусловлено эрозией, окислением и горением в терриконах породы, содержащей значительное количество угля (от 5 до 20%), пирита (до 10%), серы (от 5% и более). В результате при горении отвалов выделяется до 180 м³/г углерода и серы на 1 м² поверхности террикона. Открытая разработка угля сопровождается . еще более интенсивным загрязнением окружающей среды; бурение скважин ведет к значительному выбросу пыли; при технологическом взрыве в воздух выбрасывается на значительную высоту до 100-200 т пыли. А в России преобладает добыча открытым способом. Все перечисленные факторы приводят к загрязнению среды такими токсичными веществами, как С0₂, S0₂, N0₂ и NO, углеводородами, а также минеральной пылью, в результате чего значительное количество минеральных солей попадает в воздух.

 Для предотвращения указанных явлений в карьерах и на автомобильных дорогах применяют специальные методы борьбы с пылью: подавление пыли путем орошения; применение водовоздушных смесей, растворов солей хлоридов натрия, кальция, магния. Эффективным средством решения проблемы взрывобезопасности углей является комплексная переработка твердых видов топлива: коксование каменных углей, гидрогенизация твердого топлива и т. д.

 Промышленные  предприятия сбрасывают в реки, озера, моря сточные воды, содержащие десятки  тысяч тонн растворенных в них  химических соединений. Эти водоемы  становятся непригодными при использовании их для хозяйственно-пищевых, промышленных, сельскохозяйственных нужд, в качестве мест отдыха населения, других разумных видов эксплуатации.

 Промышленные  сточные воды могут содержать  кислоты, щелочи, масло и другие органические и неорганические соединения. Некоторые из них содержат яды, синтетические детергенты и радиоактивные вещества.

 Сточные воды угольной промышленности состоят  из стоков шахт и обогатительных фабрик. Зачастую шахтные воды относятся  к высокоминерализованным. Высокая  минерализация обусловливается повышенным содержанием в них хлоридов, сульфатов, солей кальция, магния, калия. Поступая в водоем, такие стоки увеличивают жесткость воды; показатели содержания магния, железа, сульфатов возрастают в 1,5-2 раза. Эти изменения качества водоемов вызывают постепенное изменение растительного и животного мира, иногда приводят к гибели рыб.

 Большой вред водоемам наносят кислые шахтные  воды. С ними в водоем сбрасывается большое количество железа, окисные и закисные соединения которого придают водам металлический привкус. В воде происходит окисление закисных соединений железа в окисные, в результате чего за счет образования белых хлопьев, находящихся во взвешенном состоянии, снижается ее прозрачность. Окисные соединения, оседая на дно, заиливают его. В процессе окисления уменьшается содержание растворенного в воде кислорода. Окисление закисного железа не зависит от температуры, поэтому зимой, когда ледяной покров препятствует поступлению кислорода в воду, его содержание значительно снижается. Снижение растворенного кислорода в водоемах приводит к нарушению процессов биологического очищения воды, а также к гибели рыб. Полное отсутствие в воде растворенного кислорода способствует распаду органических веществ и повышению содержания сероводорода, метана и других газов. Некоторые из водоемов могут превратиться в сточные канавы.

 Угольную  промышленность можно также отнести  к источникам порчи и уничтожения земельных ресурсов. В результате разработки месторождений природных ископаемых обычно образуются отвалы, терриконы, остающиеся после подземной добычи угля. Химический состав отвалов может быть самым разнообразным. Нередко в них содержатся вредные для окружающей среды и здоровья человека вещества. В результате их реакции друг с другом могут выделяться вредные газы, загрязняющие атмосферу. Подобное происходит и при возгорании отвалов. Отвалы обычно подвержены эрозии и потому способствуют и могут быть причиной пыльных бурь и загрязнения близлежащих территорий, во много раз превосходящих по площади сами отвалы.

 При подземной разработке угольных месторождений  поверхность Земли нарушается провалами, проседаниями в результате выемки угля. Земли захламляются породой, заливаются шахтными водами, загрязняются пылью. Необратимый вред почве наносят промышленные отходы. В результате взаимодействия, горения, действия атмосферных осадков из отходов выделяются и поступают в почву самые разнообразные вредные вещества, при их взаимодействии образуются еще более сильные яды, отравляющие почву, атмосферу и подземные воды. Существенный ущерб почве наносят, кроме провалов и проседаний, еще и затопления земной поверхности. 

 Промышленные  выбросы влияют также на состояние растений, распространенных в окрестностях предприятий. Данные свидетельствуют, что промышленные выбросы угольных предприятий (пыль, сернистый ангидрид, различные органические соединения) вызывают глубокие биохимические изменения у растений: нарушают функционирование многих ферментативных систем, что в свою очередь приводит к различным изменениям в накоплении ими питательных веществ, нарушают аминокислотный баланс, уменьшают количество витаминов и т. д. В районах, загрязненных выбросами угольной промышленности, в воздухе много окислов серы и аз'ота, аммиака, промышленной пыли, окисей углерода. Растения в зоне промышленного загрязнения, как правило, более ослаблены и чувствительны к грибковым заболеваниям, что значительно снижает качество растениеводческой продукции.

 В настоящее  время применяются различные  способы защиты окружающей среды от отрицательных воздействий на нее предприятий угольной промышленности в России. Отходы угольной промышленности используются в целях народного хозяйства. К материалам и изделиям из отходов углеобогащения, например, относятся: кирпич, цемент, аглоперит, газобетон, керамзит, материал для отсыпки дамб. В Министерстве промышленности России разрабатываются рациональные способы использования породных отвалов в качестве сырья для народного хозяйства. Эффективным направлением является использование породных отвалов для производства минеральных удобрений, так как сланцевые породы, содержащиеся в отвалах, обладают высоким естественным плодородием.