Экологическая цена энергии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности


РЕФЕРАТ

на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕНА ЭНЕРГИИ


ВЫПОЛНИЛ

Студент группы ПДМ-141

Е.М. Куликов


СОДЕРЖАНИЕ


Введение

. Экологические проблемы тепловой энергетики

. Экологические проблемы гидроэнергетики

. Экологические проблемы ядерной энергетики

. Нетрадиционные источники получения энергии

.1 Приливные электростанции и их экологическая оценка

.2 Экологическая оценка использования энергии волн

.3 Экологическая оценка использования энергии морских и океанских течений

.4 Экологическая оценка использования энергии ветра0

.5 Экологическая оценка использования лучистой энергии Солнца

.6 Экологическая оценка использования биомассы

Заключение

Список использованных источников


ВВЕДЕНИЕ


Жизнедеятельность любого живого организма невозможна без энергообмена с окружающей средой. Энергетический баланс организма поддерживается путем потребления пищи, обладающей определенной энергетической ценностью, и теплообмена с окружающей средой. Существенно в этом плане отличается человек. Он стал самым могущественным существом на Земле, сумев утвердить своё господство на суше, на воде и в воздухе. Для утверждения и поддержания этого могущества требуется колоссальное количество энергии.

Энергия всегда играла и продолжает играть важную роль в жизнедеятельности человеческого общества. Все виды деятельности человека связаны с затратами энергии. Современный человек тратит энергии почти в 24 раза больше, чем необходимо для его жизнеобеспечения как биологического организма. Переход человечества к освоению новых видов топлива для получения необходимой для промышленного производства энергии связан с так называемыми «промышленными революциями». Эти промышленные революции, которые человек целиком относит на свой счет, не могли произойти без запасов энергии, законсервированной растениями в ископаемом топливе. Погибая, растения аккумулировали энергию в отложениях каменного угля, торфе и даже нефти.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объем этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.

Расход невозобновляемых видов сырья повышается, всё больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы.

Человеку приходится всё больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию.


1. Экологические проблемы тепловой энергетики


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.

В выбросах 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, которого Беларусь использует 18,4 млрд.куб.м в год, далее следует нефть (мазут). Беларусь потребляет 21 миллион тонн в год, каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он является наиболее распространенным ископаемым топливом на Земле. По оценкам специалистов, его запасы на нашей планете составляют около 7 * 1012 т. Только разведанных месторождений угля (3 * 1010 т) при нынешних темпах использования хватит на несколько веков. Основные залежи угля образовались 210-280 млн лет назад в каменноугольный период и сосредоточены в России, США, Китае и Украине. В этих странах находится почти 88% известных запасов угля. В России сосредоточено 5,5% мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд тонн.

К сожалению, уголь нельзя отнести к экологически чистым видам топлива. Теплоэлектростанции (ТЭС), работающие на угле, дают 10-25 кг вредных выбросов на 1 кВт * ч энергии. В мире наметились два пути снижения вредного воздействия угольной энергетики на биосферу. Так, в США построен ряд ТЭС на угле практически с полной очисткой вредных выбросов. В ЮАР налажено производство по переработке угля в синтетическое жидкое топливо, горючий газ и полукокс. Это направление является довольно перспективным, так как нефть и природный газ, являющиеся основой современной энергетики, скоро иссякнут.

Природный газ - смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Основную часть природного газа составляет метан (СН4) - до 98%.

Широкое использование природного газа в энергоустановках связано с тем, что он имеет ряд существенных преимуществ перед другими видами топлива. Газ легко транспортируется на большие расстояния, практически не требует подготовки и переработки перед использованием, количество вредных выбросов при сжигании минимально.

Нефть в чистом виде как энергоноситель не используется. В результате ее перегонки получается бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, масла и т.д. Бензин и дизельное топливо используются в двигателях внутреннего сгорания, керосин - в турбореактивных и реактивных двигателях летательных аппаратов, а мазут сжигается в электростанциях и в котельных. По сравнению с природным газом нефть и нефтепродукты при сжигании дают значительно большее количество вредных веществ, что связано с наличием примесей серы, фосфора и т.д.

Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС- золой и шлаками.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензо(?)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.

радиоактивный энергия ветер солнце


2. Экологические проблемы гидроэнергетики


В настоящее время наибольший вклад в топливно- энергетический баланс планеты из возобновляемых источников энергии вносит гидроэнергетика (до 4%).

В мире построены достаточно мощные ГЭС, установленная мощность каждой из которых достигает несколько тысяч МВт. На сегодняшний день наиболее крупные ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). До аварии 17 августа 2009 г. наиболее мощной была Саяно-Шушенская ГЭС (6400 МВт). Самая большая ГЭС в США - Грэнд-Кули - имеет мощность 6480 МВт, она занимает второе место в мире, уступая лишь станции Итайпу (12 ГВт), построенной в 1980-х гг. на реке Парана в Бразилии. В Беларуси самой мощной является Осиповичская ГЭС мощностью 2,17 МВт.

Учитывая, что потенциал строительства крупных ГЭС в развитых странах давно исчерпан или близок к исчерпанию, во многих регионах активизировалось строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). ГАЭС - гидроэлектростанция, которая перекачиванием воды из нижнего бассейна в верхний накапливает (аккумулирует) избыточную энергию, вырабатываемую другими электростанциями, когда спрос на электрическую энергию мал (например, ночью), и преобразует потенциальную энергию запасенной воды в электрическую в часы пиковых нагрузок в энергосистеме.

Строительство ГЭС и ГАЭС на равнинных реках приносит ощутимый экологический вред: затапливаются достаточно большие площади лесов и сельхозугодий, разрушаются сложившиеся за тысячи лет водные экосистемы, гигантские водохранилища оказывают влияние на климат. Кроме того, в искусственных водохранилищах помимо биогенных веществ аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом распада. Продукты аккумуляции делают проблематичным использование в агроэкосистемах территорий, занимаемых водохранилищами после их ликвидации. С этой точки зрения экологически более безопасными являются ГЭС на горных реках.

В воде основных рек Беларуси, по данным, полученным на сети мониторинга поверхностных вод Департамента по гидрометеорологии, превышение загрязняющие веществ особенно часто фиксировались по железу общему (85-100% от общего количества определений), марганцу (76-98%) и меди (55-91%). По цинку они составили 8-100%, азоту нитритному - 10-75, азоту аммонийному - 13-68, БПК5 - 4-62, нефтепродуктам - 2-22%.


3 Экологические проблемы ядерной энергетики


Источником радиоактивного загрязнения, вокруг которого кипят общественные страсти, являются атомные электростанции (АЭС), хотя при нормальной работе выбросы радиоактивных веществ от них не так существенны. К настоящему времени работает около 400 атомных энергетических установок, дающих примерно 1,5% мирового производства электроэнергии.

Атомная энергетика до катастрофы на ЧАЭС не вызывала больших опасений. Теперь очевидно, что наиболее опасным и широкомасштабным вмешательством человека в природу является использование энергии деления ядра. Несмотря на это, сегодня еще много сторонников использования ядерной энергетики. Этому есть серьезные причины: нефть и природный газ иссякнут в ближайшем обозримом будущем, а это более 60% в топливно-энергетическом балансе. Их необходимо чем-то заменить. Потенциал возобновляемых источников энергии ограничен, поэтому до сих пор остается много сторонников использования ядерного топлива.

Для Беларуси - страны, имеющей динамичную экономику и в то же время испытывающей острую нехватку собственных топливно-энергетических ресурсов, - развитие атомной энергетики имеет стратегическое значение в обеспечении энергетической безопасности и экономической независимости.

Но развитие атомной энергетики влечёт за собой ряд проблем. 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.


4. Нетрадиционные источники получения энергии


В качестве возобновляемых и нетрадиционных источников энергии с учётом природных, географических и метеорологических условий республики Беларуси рассматриваются дрова и древесные отходы, гидроресурсы, ветроэнергетический потенциал, биогаз из отходов животноводства, солнечная энергия, фитомасса, твердые бытовые отходы, отходы растениеводства, геотермальные ресурсы. Их динамическое широкое применение в республике очень важно по нескольким причинам. Во-первых, работы по их использованию будут способствовать развитию собственных технологий и оборудования, которые впоследствии могут стать предметом экспорта; во-вторых, эти источники зачастую являются экологически чистыми; в-третьих, развитие таких источников повышает энергетическую безопасность государства. Однако иногда их использование также сопряжено с рядом экологических проблем. Рассмотрим различные альтернативные источники получения энергии в мире и дадим им экологическую оценку.


4.1 Приливные электростанции и их экологическая оценка


Во многих странах начато строительство и построены приливные электростанции. Приливная электростанция (ПЭС) - особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Из-за приливов вращение Земли замедляется. При этом примерно на 0,001 с за 100 лет возрастает время одного оборота.

Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров. Перекрыв плотиной залив или устье впадающей в море (океан) реки и образовав водоем, можно создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединенных с ними генераторов.

Приливные электростанции имеют ряд преимуществ перед тепловыми электростанциями, так как не выбрасывают углекислый газ в атмосферу. ПЭС наносят незначительный ущерб гидросфере. Так, планктон, составляющий основу кормовой базы для рыбы, на ПЭС гибнет в пределах 5 10%, а на ГЭС - почти полностью.

Возобновляемые источники энергии. По терминологии, принятой в ООН, все виды энергии, в основе которых лежит солнечная энергия, называются возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ).


4.2 Экологическая оценка использование энергии волн


Достаточно большой интерес представляет собой энергия волн, возникающих на поверхности морей и океанов. Энергия волн значительно выше энергии приливов и достигает 6 ТВт. Целесообразность использования энергии волн определяется ее высокой удельной мощностью. В открытом море при высоте волны более 10 м удельная мощность может достигать 2 МВт/м, но использовать эту энергию технически сложно, поэтому сейчас используют энергию волн лишь в прибрежных зонах, где удельная мощность не превышает 80 кВт/м. Страны с большой протяженностью побережья и постоянными сильными ветрами могут производить за счет энергии волн до 5% требуемой электроэнергии.

Некоторые экологи также отмечают, что при массовом использовании волновых установок возможно неблагоприятное их воздействие на морскую фауну и флору. Они будут гасить волны, которые способствуют обогащению поверхностного слоя воды кислородом и питательными веществами.

Вместе с тем необходимо отметить, что процесс преобразования волновой энергии в электрическую экологически чист. Волновые установки не требуют изъятия земельных угодий, что свойственно всем существующим электростанциям и котельным. При расположении волновых электростанций в береговых зонах морей будет снижаться размывающее воздействие волн, что в какой-то мере позволит заменить дорогостоящие защитные гидротехнические сооружения.


4.3 Экологическая оценка использования энергии морских и океанских течений


Всю акваторию Мирового океана в различных направлениях пересекают течения, обладающие значительными запасами кинетической энергии. Морские и океанские течения - поступательное движение масс воды в морях и океанах, обусловленное как действием ветров, так и приливообразующими силами гравитационных полей Луны и Солнца, поэтому этот источник энергии лишь частично можно отнести к ВИЭ.

Установки по использованию данной энергии находятся на стадии проектных разработок. Так, с целью частичного использования энергии Гольфстрима в США разработана программа «Кориолис». Она предусматривает установку в ЗО км восточнее г. Майами 242 подводных установок мощностью 83 МВт каждая. Стоимость всего сооружения соизмерима со стоимостью строительства ТЭС такой же мощности, но позволяет экономить около 17 млн тонн нефтяного эквивалента (ТНЭ) углеводородного топлива в год (при сжигании 1 ТНЭ образуется 44 ГДж тепловой энергии).

Разработчики таких проектов считают, что это экологически абсолютно чистый способ получения энергии. Это не совсем так. Преобразование кинетической энергии потока воды в электрическую означает, что скорость воды на выходе из турбины будет меньше, чем на входе. В результате использование энергии океанских течений в глобальных масштабах приведет к существенному изменению климата на континентах. Так, использование половины кинетической энергии Гольфстрима может привести к снижению средней температуры зимой в Европе на несколько градусов, поэтому можно использовать не более 1-2% данной энергии.


4.4 Экологическая оценка использования энергии ветра


История использования энергии ветра уходит в глубокую древность. Первоначально ее использовали для движения парусных судов, затем человек научился строить ветряные мельницы. С развитием электрических приводов эпоха ветряных мельниц к середине ХХ в. закончилась.

В последнее время энергия ветра вновь привлекает внимание энергетиков, поскольку имеет колоссальные ресурсы. Среднегодовая мощность ветров на планете составляет 25 - 40 ТВт, что значительно больше суммарной мощности искусственных энергетических установок. В настоящее время может быть использовано не более 10% этой энергии, так как наиболее мощные воздушные течения находятся на высоте, равной несколько сотен метров. Ветроресурсы России, доступные для технического освоения, равны около 1,1 ТВт.

Сегодня лидирующее положение в выработке электроэнергии на ВЭУ занимает Германия, где суммарная установленная мощность таких установок равна 18,4 ГВт.

В 1995 г. на острове Беринга вблизи Камчатки были запущены две ВЭУ мощностью по 250 кВт каждая. В соответствии с Федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика» в России суммарная установленная мощность ВЭУ к 2015 г. будет доведена до 228 МВт.

Первая в Беларуси промышленная ВЭУ мощностью 250 кВт введена в строй в 2005 г.

Кроме очевидных достоинств, ветроэнергетика имеет ряд недостатков. К экологическим недостаткам ветроэнергетических установок следует отнести шум, инфразвук и вибрацию. В непосредственной близости уровень шума достаточно крупной ВЭУ может превышать 100 дБ. Также помимо шума, воспринимаемого человеческим ухом, вокруг ВЭС возникает опасный инфразвук частотой 6 - 7 Гц, вызывающий резонанс некоторых органов человека. При этом нарушается координация движения, повышается утомляемость, возникает чувство тошноты, снижается внимание. Инфразвук практически не поглощается в атмосфере. ВЭС также могут оказывать вибрационное воздействие на близлежащие поселения людей, поэтому в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании приняты законы, ограничивающие уровень шума от работающих ВЭУ до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Кроме того, определено минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м.

Крупномасштабное применение ВЭУ в каком-то одном районе может также вызвать там климатические изменения, так как скорость движения воздуха после комплекса таких установок существенно снижается.


4.5 Экологическая оценка использования лучистой энергии Солнца


Плотность потока солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, примерно равна 0,519 10 Дж/м . с, т.е. на площадку в 1 м2, расположенную на земной поверхности перпендикулярно солнечным лучам, поступает солнечная энергия, соответствующая мощности 0,519 кВт. Это усредненное значение. В районе экватора в безоблачные дни световая мощность на поверхности Земли может достигать 1,2 кВт.

Сегодня известно два основных способа использования солнечной энергии: 1) преобразование в тепловую энергию с последующим использованием в нагревательных системах; 2) преобразование в электрическую энергию.

Первая в СССР промышленная солнечная электростанция (СЭС) мощностью 5 МВт была построена в 1985 г. в Крыму, недалеко от города Щелкино. За 10 лет работы она выработала 2 млн кВт ч электроэнергии, однако в середине 1990-х ее закрыли из-за высокой стоимости электроэнергии.

По оценкам Международного энергетического агентства, в 2005 г. установленные мощности солнечных батарей достигли 5 ГВт. К 2030 г. прогнозируемая установленная мощность СЭС в мире, использующих фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии, составит 300 ГВт.

Многие специалисты считают, что солнечные электростанции являются абсолютно экологически чистыми, что не соответствует действительности. Для производства фотоэлектрических элементов необходимы соединения кремния. Отходы такого производства являются высокотоксичными, и существует проблема их утилизации. Однако экологический вред от СЭС значительно ниже, чем от тепловых электростанций (ТЭС), работающих на угле, мазуте и даже на газе, так как при этом не происходят выбросы «парниковых газов», соединений серы, азота, фосфора и т.п. По метеорологическим данным в Республике Беларусь в среднем 250 дней в году пасмурных , 185 с переменной облачностью и 30 ясных ,а среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учётом ночей и облачности составляет 243 кал на 1 за сутки , что эквивалентно 2,8 кВтч*, а с учётом КПД преобразования 12% - 0,3 кВтч/сут*. Для удовлетворения потребности республики в электроэнергии в объёме 45 млрд.кВтч потребуется 450 гелиостатов , что при их стоимости 450 долларов США/кв, м соответствует стоимости 202,5 млрд. долларов США без учёта затрат на эксплуатацию выпрямителей , строительно -монтажные работы ,конструкции и т.п . Учёт перечисленных составляющих удвоит названную сумму.

Технический прогресс в этой области естественно будет способствовать снижению затрат, однако, для условий Беларуси, в прогнозируемом периоде составляющая производства электроэнергии с помощью солнечной энергии будет практически не ощутима.


4.6 Экологическая оценка использования биомассы


В последние годы ведутся серьезные научные разработки в области использования биомассы в качестве источника энергии. Биомасса - это совокупность органических веществ, возникающих в результате жизнедеятельности растений и животных, а также некоторые органические отходы промышленности. Энергию из биомассы получают физическим, химическим и микробиологическим способом. Физическим способом энергию получают путем сжигания мусора, навоза, отходов деревообрабатывающей промышленности. Этот способ применим, если влажность сырья не превышает 60%. В Беларуси годовой объем использования дров и отходов деревообработки составляет около 1,1 млн ТУТ. В 2006 г. успешно реализованы первые проекты в использовании древесины для получения электроэнергии и тепла: построена Осиповичская ТЭС мощностью 0,5 МВт и переведена на древесную щепу БелГРЭС мощностью 5 МВт. Необходимо отметить, что чрезмерное использование биомассы в качестве топлива чревато негативными последствиями для биосферы. Ежегодно продуктивность фотосинтеза составляет 230 млрд т. Растительноядные животные потребляют около 40% прироста фитомассы (массы растений). Оставшаяся часть является реальной массой растительности в биосфере, но полностью использовать ее для получения энергии нельзя. Основная часть этой фитомассы служит в качестве питания для редуцентов в детритной пищевой цепи, поэтому для получения энергии для различных хозяйственных целей можно использовать не более 5% годового прироста фитомассы, в противном случае может существенно нарушиться биотический круговорот веществ.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Приоритетные экологические проблемы Беларуси включают в себя радиоактивное загрязнение территории, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение и деградацию почв, образование и накопление отходов.

Существует потенциал для частичного перехода на альтернативные источники энергии. Однако при этом необходимо учитывать возможные негативные последствия воздействия на окружающую среду.

Однако, трезво оценивая совокупные возможности гидроэнергетики, гелиоэнергетики и ветровых электростанций, нельзя не заметить, что они способны покрыть в самом лучшем случае не более половины потребностей человечества в тепле и электроэнергии. Использование горючих ископаемых для производства энергии должно сокращаться, так как эти ценные ресурсы весьма ограничены, а их сжигание ведет к экологической и климатической глобальной катастрофе.

Соответственно, реальная возможность обеспечить себя практически неограниченными энергетическими ресурсами и при этом избежать экологического кризиса состоит в комбинации атомной энергетики, использующей реакторы-размножители, с гидро- и гелиоэнергетикой.

Таким образом, человечество располагает достаточными ресурсами, чтобы избежать энергетического голода и одновременно отвести от себя угрозу экологической катастрофы, но для этого народы и правительства должны существенно пересмотреть свои взгляды и своевременно и целенаправленно строить новую энергетическую политику.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


1.Гальперин, М.В. Общая экология: учеб.-метод. пособие / М.В. Гальперин. - Москва: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. - 336 с.

2.Протасов, В.Ф. Экологические основы природопользования: учебное пособие / В.Ф. Протасов. - Москва: Альфа-М: ИНФРА-М, 2012. - 304 с.

.Сергейчик, С.А. Экология: учебное пособие / С.А. Сергейчик. - Минск: Современная школа, 2010. - 400 с.

.Экология: учеб. пособие / А.В. Тотай [и др.]; под общ. ред. А.В. Тотая. - Москва: Издательство Юрайт, 2011. - 407 с.

5.Маврищев, В. В. Основы экологии: ответы на экзаменац. вопр. / В.В. Маврищев. - Минск: ТетраСистемс, 2008. - 160 с.


Теги: Экологическая цена энергии  Реферат  Экология
Просмотров: 8708
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Экологическая цена энергии
Назад