Природные энергоресурсы

       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, 35-40%-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 выборах ТЭС содержится значительное  количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные  дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1млн. 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.

       Можно считать, что тепловая  энергетика оказывает отрицательное  влияние практически на все  элементы среды, а также на  человека, другие организмы и  их сообщества.

       Вместе с тем 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 ХХI 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 250млн. т 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 бензо(а)пирен. 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.

       Серьезную проблему вблизи ТЭС  представляет складирование золы и шлаков. 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 СО2 составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6млрдю т/год). Этот 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,  превращение типично водных экосистем в болотные).

                          2.1 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. 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 зарастанием 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. 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  трнзитно-аккмулятивные. 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.

2.2 Экологические проблемы ядерной энергетики.

       До середины 80-х гг. человечество  в ядерной энергетике видело  лишь один из выходов из  энергетического тупика. Только  за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х гг.) 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.

       В процессе ядерных реакций  выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива.  Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы дает около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 5000-6000 м в шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций.

       Неизбежный результат работы  АЭС - тепловое загрязнение вод.  На единицу получаемой энергии  здесь оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно  больше тепла отводится в атмосферу.  Выработка 1 млн. кВт электроэнергии  на ТЭС дает 1,5 км³ подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км³.

       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;
• 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, складирования и переработке отходов, их захоронениях.

3. Альтернативные источники получения энергии

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

       Энергия солнца. Солнце как источник тепловой энергии. Это практически неисчерпаемый источник энергии. Ее можно использовать прямо (посредством улавливания  техническими устройствами) или опосредованно через продукты фотосинтеза, круговороты воды, движение воздушных масс и другие процессы, которые обусловливаются солнечными явлениями.

       Использование солнечного тепла  - наиболее простой и дешевый  путь решения отдельных энергетических  проблем. Подсчитано, что в США  для обогрева помещений и горячего водоснабжения расходуется около 25% производимой в стране энергии. В северных странах, в том числе и Россия, эта доля заметно выше. Между тем значительная доля тепла, необходимого для этих целей, может быть получена посредством улавливания энергии солнечных лучей. Эти возможности тем значительнее, чем больше прямой солнечной радиации поступает на поверхность земли.

       Наиболее распространено улавливание  солнечной энергии посредством  различного вида коллекторов.  В простейшем виде этого темного  цвета поверхности улавливания тепла и приспособления для его накопления и удержания. Оба блока могут представлять единое целое. Коллекторы помещаются в прозрачную камеру, которая действует по принципу парника. Имеются также устройства для уменьшения рассеивания энергии (хорошая изоляция) и ее отведения, например, потоками воздуха или воды.

Солнце  как источник электрической  энергии. Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергии индуцируется в электрический ток без всякий дополнительных устройств. Хотя КПД таких устройств невелик, но они выгодны медленной изнашиваемостью вследствие отсутствия каких-либо подвижных частей. Основные трудности применения фотоэлементов связаны с их дороговизной и занятием больших территорий для размещения. Проблема в какой-то мере решаема за счет замены металлических фотопреобразователей энергии эластичными синтетическими, использование крыш и стен домов для размещения батарей, выноса преобразователей в космическое пространство и т.п.

В тех  случаях, когда требуется получение  небольшого количества энергии, использование  фотоэлементов уже в настоящее  время экономически целесообразно (калькуляторы, телефоны, телевизоры, маяки, буи, небольшие оросительные системы  и т.п.).

Использование солнечной энергии  через биомассу и  фотосинтез. В биомассе концентрируется ежегодно меньше 1% потока энергии. Однако эта энергия существенно превышает ту, которую получает человек из различных источников в настоящее время и будет получать в будущем.