Характеристика энергетики как загрязнителя окружающей среды

Содержание.

Введение……………………………………………………………………...….3 Проблемы энергетики…………….…………………………………………….7

Экологические проблемы тепловой энергетики……….………………..……8

Экологические проблемы гидроэнергетики……………..…………………...11

Экологические проблемы ядерной энергетики……………………………....14

Некоторые пути решения проблем современной энергетики………..…...…15

Заключение…………………………………..………………………………....17

Список использованной литературы…………………………….……………18

Введение.

Понятие «энергетика» включает в себя методы получения и использования различных  видов энергии для нужд человеческого  общества. Энергетика, или иначе  «топливно-энергетический комплекс», - одна из основ развития современного общества; эффективность решения  социальных, экономических и технических  задач, а также антропогенных  преобразований природы в значительной мере определяется выработкой энергии  и масштабностью энергоресурсов.

Темпы научно-технического прогресса и  интенсификация производства находятся  в прямой зависимости от состояния  энергетики. Она оказывает весьма существенное влияние на природную  среду, являясь источником различных  видов загрязнения воздуха, воды, земной поверхности и недр, а также  основным потребителем минерального топлива, определяющим уровень его добычи.

Первоисточником большинства видов энергии служит солнечная радиация. Солнце ежесекундно  направляет на Землю энергию, равную 16,76*10¹³ кДж, половина которой, проходя через атмосферу, достигает поверхности нашей планеты. Часть поглощаемой атмосферой и гидросферой энергии затрачивается на круговорот воды в природе или превращается в энергию ветра, волн и океанских течений. Доля энергии, воспринимаемая верхним слоем литосферы, расходуется на накопление теплоты и поверхностной энергии пород, приводящей к их разрушению, вплоть до мелкодисперсного состояния (пески, глины), а также на другие процессы. Значительная часть солнечной энергии расходуется в биосфере на фотосинтез и создание живого вещества.

К энергии, непосредственно не связанной с  солнечной радиацией, относят тепловую энергию земных недр, энергию океанских  и морских приливов, тепловую энергию, получаемую при сжигании биологических (древесины) и геохимических (торф, уголь, нефть, газ) «аккумуляторов солнечной  энергии», электроэнергию, атомную энергию и энергию некоторых химических процессов (например, широко используемую в горном производстве энергию взрыва).

Еще в  недалеком прошлом основными  энергетическими источниками, используемыми  человеческим обществом, была мускульная сила процессов людей и животных, затем для наиболее трудоемких производственных процессов и транспорта стала  использоваться энергия ветра и  водотоков. С начала прошлого столетия основой энергетики становится энергия  пара, производство которой было связано  с расходованием топливных ресурсов и сопровождалось загрязнением атмосферы  и земной поверхности.

Значительная  роль в современной энергетике принадлежит  также энергии «внутреннего сгорания»  жидкого топлива, превращаемой преимущественно  в механическую энергию транспортных машин.

Паровая энергия имеет весьма ограниченное применение и используется в основном в железнодорожном транспорте.

Производство  энергии приводит к расходованию во все возрастающих количествах  топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и загрязнению биосферы. При производстве энергии, связном со сжиганием любого вида топлива, происходит “тепловое  загрязнение” природной среды. Считают, однако, что необратимые последствия  теплового загрязнения будут  иметь место при стократном по сравнению с современным увеличением  энергопотребления.

Существует  образное выражение, что мы живем  в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как  наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное  внимание человечества.

Экологию  рассматривают как науку и  учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а  и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы  и сообщества.

Термин  «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о  доме (ойкос - дом, жилище; логос - учение).

По этой причине экологию иногда связывают  только с учением о среде обитания (доме) или окружающей среде. Последнее  в основе правильно с той, однако, существенной поправкой, что среду  нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне  их среды обитания. Это составные  части единого функционального  целого, что и подчеркивается приведенным  выше определением экологии как науки  о взаимоотношениях организмов и  среды.

Такую двустороннюю связь важно подчеркнуть  в связи с тем, что это основополагающее положение часто не доучитывается: экологию сводят только к влиянию  среды на организмы. Ошибочность  таких положений очевидна, поскольку  именно организмы сформировали современную  среду. Им же принадлежит первостепенная роль в нейтрализации тех воздействий  на среду, которые происходили и  происходят по различным причинам.

В настоящее  время термин «экология» существенно  трансформировался. Она стала больше ориентированной на человека в связи  с его исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду.

Сказанное позволяет дополнить определение  «экологии» и назвать задачи, которые  она призвана решать в настоящее  время. Современную экологию можно  рассматривать как науку, занимающуюся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека со средой, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого  общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане - это наука  о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который  приобрел (или приобретает) глобальные масштабы - в пределах всей планеты  Земля.

Становится  все более ясным, что человек  очень мало знает о среде, в  которой он живет, особенно о механизмах, которые формируют и сохраняют  среду. Раскрытие этих механизмов (закономерностей) - одна из важнейших задач современной экологии и экологического образования. Ясно, что она может решаться лишь при условии изучения не только «дома», но и его обитателей, их образа жизни.

Содержание  термина «экология», таким образом, приобрело социально-политический, философский аспект. Она стала  проникать практически во все  отрасли знаний, с ней связывается  гуманизация естественных и технических  наук, она активно внедряется в  гуманитарные области знаний. Экология при этом рассматривается не только как самостоятельная дисциплина, а как мировоззрение, призванное пронизывать все науки, технологические  процессы и сферы деятельности людей.

Признано  поэтому, что экологическая подготовка должна идти, по крайней мере, по двум направлениям через изучение специальных  интегральных курсов и через экологизацию всей научной, производственной и педагогической деятельности.

Ясно, что  без основательной общеэкологической  подготовки экологизация образования, как и деятельности человека, практически  невозможна, а если она и проводится - то либо не достигает цели, либо имеет  результат, противоположный ожидаемому, так как базируется на случайных, часто фрагментарных положениях, что недопустимо для системной  науки, к рангу которой относится  «экология».

Наряду  с экологическим образованием существенное внимание уделяется экологическому воспитанию, с которым связывается  бережное отношение к природе, культурному  наследию, социальным благам. Без серьезного общеэкологического образования решение  этой задачи также весьма проблематично.

В обобщенном виде «общая экология» изучает наиболее общие закономерности взаимоотношений  организмов и их сообществ со средой в естественных условиях.

«Социальная экология» рассматривает взаимоотношения  в системе «общество - природа», специфическую  роль человека в системах различного ранга, отличие этой роли от других живых существ, пути оптимизации  взаимоотношений человека со средой, теоретические основы рационального  природопользования.

С точки  зрения основного содержания предмета «общая экология» есть не что иное, как экология природных систем и  учение о природной среде, а «социальная  и прикладная экология» - экология измененных человеком природных систем и  среды, или экология природно-антропогенных  систем и учение о природно-антропогенной (иногда техногенной) среде.

Проблемы  энергетики.

Энергетика - это та отрасль производства, которая  развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения  в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в  производстве и потреблении энергии  это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно  увеличивается не только в суммарном  выражении, но и в расчете на душу населения.

Нет основания  ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей  перспективе существенно изменятся (некоторое замедление их в промышленно  развитых странах компенсируется ростом энерговооруженности стран третьего мира), поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

·   какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;

·   можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;

·   каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

В настоящее  время энергетические потребности  обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического  топлива, воды и атомного ядра. Энергия  воды и атомная энергия используются человеком после превращения  ее в электрическую энергию. В  то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой, и только часть ее превращается в  электрическую. Однако и в том, и  в другом случае высвобождение энергии  из органического топлива связано  с его сжиганием, а, следовательно, и с поступлением продуктов горения  в окружающую среду.

Экологические проблемы тепловой энергетики.

За счет сжигания топлива (включая дрова  и другие биоресурсы) в настоящее  время производится около 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается  до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты  используются в основном для обеспечения  нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%, а в получении электроэнергии - только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии - 52%. В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает 10%.

В мировом  масштабе гидроресурсы обеспечивают получение  около 5-6% электроэнергии (в России 20,5%), атомная энергетика дает 17-18% электроэнергии. В России ее доля близка к 12%, а в  ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция - 74%, Бельгия -61%, Швеция - 45%).

Сжигание  топлива - не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик  в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени  «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных  осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО₂), около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете  на смертельные дозы в годовых  выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт  содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа - 400 млн. доз, магния - 1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы  в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и  другие звенья экосистем.

Влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный  газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Хотя  в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся  прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь уместно  вспомнить высказывание Д. И. Менделеева о недопустимости использования  нефти как топлива: «нефть не топливо - топить можно и ассигнациями».

Не исключена  вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования  угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут  обеспечивать мировые потребности  в энергии в течение 200-300 лет. Возможная  добыча углей, с учетом разведанных  и прогнозных запасов, оценивается  более чем в 7 триллионов тонн. При  этом более 1/3 мировых запасов углей  находится на территории России. Поэтому  закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а, следовательно, и в загрязнении  среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы, в основном, в  виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Имеющиеся способы улавливания  серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности  и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей  перспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в  основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу  в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает  около 250 млн. тонн мелкодисперсных  аэрозолей. Последние способны заметно  изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров  воды и формирования осадков; а, попадая  в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные  заболевания.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием  связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС  содержатся также окислы кремния  и алюминия. Эти абразивные материалы  способны разрушать легочную ткань  и вызывать такое заболевание, как  силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом  регистрируются у детей, проживающих  вблизи угольных ТЭС.

Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование  золы. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время  не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя  энергетика базировалась на угле, то выбросы CO составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. тонн в год). Это  тот предел, за которым прогнозируются такие изменения климата, которые  обусловят катастрофические последствия  для биосферы.

ТЭС - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие  ему цепные природные реакции (размножение  водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично  водных экосистем в болотные и  т. п.).

Экологические проблемы гидроэнергетики.

Одно  из важнейших воздействий гидроэнергетики  связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где  за счет использования гидроресурсов  производится не более 20% электрической  энергии, при строительстве ГЭС  затоплено не менее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.

Значительные  площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят  в категорию заболоченных. В равнинных  условиях подтопленные земли могут  составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в  результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку  больших масс почвогрунтов, загрязнение  вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством водохранилищ связано  резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем  и видового состава гидробионтов. Так, Волга практически на всем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.

Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по различным причинам. В них резко  увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под  воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, гумус почв и т. п.), так  и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов.

В водохранилищах резко усиливается прогревание  вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением  биогенных веществ, создает условия  для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе  и ядовитых сине-зеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие медленной обновляемости вод  резко снижается их способность  к самоочищению. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного  стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды.

Нарушаются  пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряла свое значение как  нерестилище для осетровых Каспия после строительства на ней каскада  ГЭС.

В конечном счете, перекрытые водохранилищами  речные системы из транзитных превращаются в транзитноаккумулятивные. Кроме  биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные  элементы и многие ядохимикаты с  длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции  делают проблематичным возможность  использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации. Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища  теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина, построенная на Ниле в 60-е годы, будет  наполовину заилена уже к 2025 году. Несмотря на относительную дешевизну  энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе  постепенно уменьшается. Это связано  как с исчерпанием наиболее дешевых  ресурсов, так и с большой территориальной  емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое  производство энергии на ГЭС не будет  превышать 5% от общей.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные  процессы. Например, в засушливых районах  испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских  водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км³. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления воды Москвой. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.

Издержки  гидростроительства для среды заметно  меньше в горных районах, где водохранилища  обычно невелики по площади. Однако в  сейсмоопасных горных районах водохранилища  могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф  в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины  вода унесла 15 тысяч жизней людей.

Экологические проблемы ядерной  энергетики.

Ядерная энергетика до недавнего времени  рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так  и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также  возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи  с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет  получать столько же энергии, сколько  сжигание 1000 тонн каменного угля.

До середины 80-х годов человечество в ядерной  энергетике видело один из выходов  из энергетического тупика. Только за 20 лет  (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС.

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

В целом  можно назвать следующие воздействия  АЭС на среду:

·   разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд;

·   изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120м и высотой, равной 40-этажному зданию;

·   изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;

·   не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

Некоторые пути решения проблем  современной энергетики.

Несомненно, что в ближайшей перспективе  тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее  чистого топлива в получении  энергии. В этой связи рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать  отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных  отходов. В их числе можно назвать  следующие:

·   использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов;

·   уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания;