Экологические проблемы энергетики: Экологические проблемы энергетического обеспечения человечества

Содержание

Отопление, основные экологические проблемы энергетики | C.O.K. archive | 2007

На разных стадиях развития цивилизации среднее ежедневное потребление энергии, ккал/день на душу населения, составляло: примитивное общество — 2000; общество охотников и собирателей — 5000; раннее земледельческое общество — 12 тыс.; развитое земледельческое — 20 тыс.; раннее индустриальное — 60 тыс.; современное индустриальное — 125 тыс.; современное индустриальное (США) — 250 тыс. Однако сегодня 1,64 млрд людей не знают, что такое электрический ток, а 2,64 млрд людей на планете для нагрева жилищ, приготовления пищи используют навоз, сухие листья и ветки, перегнившую листву (!). Доля электроэнергетики в выбросах загрязняющих веществ в атмосферу самая значительная из всех отраслей экономики и составляет 28 % (цветная металлургия — 22,5 %; черная металлургия — 15,6 % и т.д.).

Экологическое воздействие, например, угольной ТЭС мощностью 1000 МВт с эффективностью очистки выбросов от твердых веществ 99 % очень высокое: выбрасывается углекислого газа СО2 — 580 т/ч; диоксида серы SO2 — 14 т/ч; оксидов азота NОX — 4 т/ч; паров воды H2O — 105 т/ч; золы, не уловленной электрофильтрами, — 0,85 т/ч; золы (в отвалах) — 81 т/ч; шлака (в отвалах) — 14,5 т/ч. При этом расходуется топлива 440 т/ч и кислорода 340 т/ч. В Российской Федерации 250 ТЭС, на которых более 400 котлов работают на угольном топливе с большим выбросом золы. Установок по очистке газов от серы в России нет вообще; по очистке от оксида азота нет на многих ТЭС. Установленная мощность ТЭС по России — 148,4 млн кВт, из которых около 50 % составляют теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и около 50 % — конденсационные электростанции (КЭС). Установленная мощность ТЭС в РАО «ЕЭС России» на 2004 г. — 121,4 млн кВт. Производство электроэнергии на ТЭС РАО «ЕЭС России» — 521,4 млрд кВтч. На РАО «ЕЭС России» было также выработано 465,8 млн Гкал тепловой энергии, что эквивалентно 541,7 млрд кВтч тепловой энергии. В табл. 1 приводятся показатели топливопотребления по видам использованного топлива. Недостатки традиционного ископаемого топлива: запасы ограничены; загрязняют окружающую среду, продукты сгорания СО2, NO2, CO, SO2; PAN; при передаче электричества отмечаются огромные потери из-за сопротивления проводов. По К. Кэмпбеллу (2006 г.), суммарные запасы нефти на планете составляют 1800 Гб, из которых человек уже добыл почти половину — 822 Гб; при этом человечество потребляет в год 22 Гб нефти, а разведывает всего 6. Пик добычи пришелся на 2007 г., после чего истощение мировых запасов нефти будет составлять примерно 2 % в год. По К. Хубберту (2006 г.), за 58 лет — с 1965 по 2023 гг. — человечество потребит 80 % мировых запасов нефти, это и есть период наивысшего пика человеческой цивилизации (по Хубберту). Профессор Айвенго (2006 г.) считает, что «критическая дата», когда глобальный спрос превысит мировую добычу нефти, придется на период между 2000–2010 гг.; после этого темпы добычи нефти будут снижаться. Дальше наступит энергетический кризис, который затронет каждого землянина. Энергия ветра От Солнца Земля получает энергии 1011 МВт/ч и лишь 1–2 % этого количества энергии преобразуется в энергию движения воздушных масс, энергию ветра. Энергия ветра огромна и составляет 170 трлн кВт •ч в год. Экологические проблемы, возникающие при работе ветровых электростанций: шум, инфразвук, вращающиеся лопасти отражают радиоволны, создавая помехи приему телепередач в ближайших населенных пунктах; энергия сильно рассеяна в пространстве; ветер непредсказуем, часто меняет направление; необходимы аккумулирующие станции в случае штиля (безветрие). Главная причина ограничения применения энергии ветра заключается в том, что в радиусе до 4 км все живое страдает от инфразвука, генерируемого на частоте ниже 16 Герц. Стоимость установки мощностью 7 кВт, использующей энергию ветра, — $ 47,6 тыс., а с доставкой из США и таможенными пошлинами — $ 60 тыс., не считая монтажа и установки. Тем не менее, объемы используемой энергии ветра (на начало 2003 г.), МВт: Германия — 12001; Испания — 4830; Дания — 2889; Италия — 785; Великобритания — 552; Франция — 147; Россия — 7; США — 4645; Канада — 236; Индия — 1702; Китай — 468; Бразилия — 22; Аргентина — 26; Мексика — 5; Япония — 384; Австралия — 103; Египет — 69; Иран — 11; Израиль — 8. Энергия океанов Идея использования разности температур в тропических широтах океанов (около 25 °C на поверхности; 2–3 °C на глубине 500–1000 м) высказана Д’Арсонвалем еще в 1881 г. Недостатки этого метода: необходим очень большой расход теплой и холодной воды, например, на энергоблок мощностью 1 млн кВт необходимо 2500 м3/с воды — а это расход реки Невы. Мощность питательных и циркуляционных насосов значительно выше мощности, снимаемой с турбины. Попытки использовать океаническую тепловую энергию в паротурбинном цикле обречены на неудачу (Ревель, 1995). Опыт эксплуатации геотермальной ТЭС свидетельствует о таких недостатках, как низкий КПД из-за малого теплоперепада и больших затрат энергии на привод насосов; большой расход холодной воды из окружающей среды на конденсаторы; коррозия труб, арматуры, насосовиз-за высокого содержания солей в воде из скважины; постепенное снижение температуры греющей воды из-за охлаждения пористых горных пород. Экономический потенциал энергии ветра в России, по оценке Института энергетической стратегии, составит 11 млн т. у.т., биомассы — 69 млн, солнечной энергии — 3 млн, а геотермальной — 114 млн т. Большие надежды человечество возлагает на гелий-3 (доставка необходима с Луны или Марса) и водородное топливо, в России прогнозируется внедрение этого топлива к 2050 г. Достоинства водородного топлива: безграничные запасы, экологически чистое, продукты сгорания Н2О; электричество используется для производства водорода посредством разложения воды — водород передается по трубопроводам — потери при этом малы. Солнечная энергия Использование солнечной энергии требует больших площадей и значительного количества батарей из дорогого алюминия. Уже сейчас для целей сельского хозяйства (выращивания зерновых культур) может использоваться только 11 % поверхности суши Земли. Для работы солнечных батарей нужны высокие температуры, рефлекторы-концентраторы солнечной энергии, аккумуляторы вырабатываемой энергии и т.д. Кроме того, процессы технологии производства кремниевых солнечных батарей являются энергозатратными и экологически опасными. Производство кремниевых солнечных батарей включают в себя: ❏ производство технического кремния; ❏ получение из него трихлорсилана с использованием хлора; ❏ водородное восстановление трихлорсилана с получением высокочистого поликристаллического кремния; ❏ выращивание монокристаллов кремния в кварцевых тиглях при температуре около 1500 °C; ❏ изготовление ориентированных монокристаллических пластин; ❏ монтаж пластин в батареи. Для изготовления солнечных батарей нового поколения из арсенида галлия требуются исходные высокочистые мышьяк и галлий. Технология производства таких батарей также сложна и энергоемка. Использование солнечных батарей оправдано для применения на космических кораблях и для бытовых нужд в южных городах. Энергия морских приливов Приливные ресурсы в России невелики. Обсуждалась возможность строительства приливных энергосистем в Мезенском заливе Белого моря мощностью 1000 МВт. Однако не удается решить проблемы, связанные с «рваным» графиком выработки электроэнергии. Следует отметить, что энергия, получаемая этим способом, должна быть на порядок дороже энергии, вырабатываемой на АЗС. Мощности питательных и циркуляционных насосов значительно выше мощности, снимаемой с турбин. Энергия рек Строительство гидроэлектростанций приводит к затоплению больших площадей плодородной земли; эрозии берегов; заиливанию водоохранных площадей; заболачиванию и засолению почв из-за подъема грунтовых вод; позднему вскрытию рек ото льда; заморам рыбы при штормах из-за затрудненной ее миграции; риску техногенных катастроф при возможном разрушении плотины. Например, строительство Богучанской ГЭС по проектному варианту грозит жителям г. Усть-Илимска и Усть-Илимского района экологической катастрофой, т.к. …инвесторы планируют заполнение Богучанского водохранилища на отметке 208 м. В этом случае новое рукотворное море будет начинаться прямо у створа Усть-Илимской ГЭС. В своем нижнем течении Ангара перестанет быть рекой, утратит способность к самоочищению. Город Усть-Илимск окажется между двумя водохранилищами, в которых будут разлагаться древесина и торфяники. Под воду уйдут миллионы кубометров леса, месторождения полезных ископаемых, старинные сибирские деревни, пойменные сельскохозяйственные угодья. Люди будут вынуждены покинуть обжитые места. Необходимо строительство Богучанской ГЭС на пониженной отметке нормального подпорного уровня (НПУ) 185 м, что позволит существенно уменьшить остроту экологических и социальных проблем, поскольку по сравнению с проектным вариантом резко сокращается площадь зеркала водохранилища — в 2,2 раза, его длина — в 1,4 раза, площадь затапливаемых земель — в 2,5 раза, в т.ч. сельскохозяйственных в 1,6 раза и лесных угодий — в 3,5 раза, численность переселяемого населения — в 1,1 раза. Сохранится речной проточный участок реки Ангары ниже Усть-Илимска длиной около 100 км, который имеет исключительно важное значение не только для активации процессов разбавления и самоочищения, но и для сохранения самой Ангары, берущей начало из озера Байкал» («Зеленый мир» №21–22/2007, «Ангара’185»). Гидроресурсы Европейской части Российской Федерации практически исчерпаны. ГЭС являются идеальным способом снятия пиковых нагрузок в энергосистемах. Однако их работа в режиме «пуск–остановка» также отрицательно сказывается на речной флоре и фауне. В результате уже такого небольшого обзора можно сделать вывод об отсутствии на сегодняшний день полномасштабной альтернативы углеводородному топливу. Однако необходимо незамедлительно интенсифицировать работы по использованию действительно экологического чистого и безграничного по объему ресурса водородной энергетики. Удельный вклад энергоресурсов в мировое энергопроизводство составляет: уголь — 25,4 %, газ — 23,7 %, нефть — 37,2 %, АЭС — 6,4 %; ГЭС — 6,9 %, прочие — 0,5 %, т.е. на возобновляемые источники приходится 7,4 %. В промышленно развитых странах доля ветровых, солнечных, биоэлектростанций (без энергии, вырабатываемой ГЭС): в США — 14 %; во Франции — 15 %, в Дании — 12 %; в Китае — 14 %, в Индии — 23 %. В марте 2007 г. лидеры 27 стран ЕС подписали соглашение, которое предусматривает, что к 2020 г. не менее 20 % всей потребляемой государствами ЕС электроэнергии должно производиться с использованием возобновляемых источников и прежде всего ветра, солнца и воды. Известно, что в Европе производство одного кВтч на тепловой или атомной станции обходится примерно в 4 цента, на ветровых генераторах — в 7–10 центов, а на солнечных — в 15–20 центов. В Норвегии около $ 3 млрд будет вложено в развитие альтернативной энергии, в Финляндии к концу 2010 г. будут работать более 10 электростанций, вырабатывающих электроэнергию из отходов, что позволит сократить количество мусорных свалок, существующих в стране с 400 до 10. В Финляндии принято решение о строительстве крупной солнечной электростанции, стоимость проекта оценивается в $ 766 млн. Следует отметить, что разведательные запасы геотермальной энергии более чем в 30 раз превосходят энергозапасы всех ископаемых ресурсов планеты. Геотермальная энергия используется в Японии, США, Германии, Италии, Мексике, Новой Зеландии и других государствах, а Исландия покрывает потребности в электрической и тепловой энергии за счет геотермии. В РФ действуют три геотермальные электростанции на Камчатке и одна — на острове Кунашир, их суммарная мощность — 71,8 МВт и позволяет обеспечить примерно 25 % потребностей в электроэнергии. Геотермальными ресурсами обладает Приморский край, Западная Сибирь, Чукотка, Ставропольский край и другие, однако геотермальная энергия в названных районах не используется. В РФ экономический потенциал возобновляемых источников энергии составляет примерно 320 млн т.у.т., которые могли бы покрытьдо 30 % внутреннего потребления энергоресурсов. Средний удельный расход топлива на выработку электроэнергии в России оценивается приблизительно в 335 г/кВт •ч, а в Европе он составляет 210–250 г/кВт•ч. В РФ ежегодно дополнительно сжигается 40 млрд м3 природного газа. Среднее значение КПД ТЭС в РФ составляет 39 %, а в развитых странах — 45 %; КПД российских и зарубежных ТЭС на угле составляет 34 % и 47 % соответственно. Из Западной Сибири газо- и нефтедобывающие мощности перебазируются на Тихоокеанский и Арктический шельфы, в Восточную Сибирь, где добыча и транспортировка будет связаны с большими техническими трудностями, огромными затратами и ухудшением экологической обстановки в регионах. Нефте- и газодобывающую отрасли РФ уже к 2013 г. ожидает кризис: за последнее 10 лет «недоразведано» около 2,5 трлн м3 газа и более 1 млрд т нефти (Лаверов Н., 2007 г.). К сожалению, ни солнечные (гелио), ни ветряные электростанции альтернативой ТЭС и АЭС пока стать не смогут всилу того, что они не способны обеспечить стабильное, управляемое и экологически безопасное энергопроизводство. Ни солнцем, ни ветром человечество не может распоряжаться. Чтобы обеспечить постоянный уровень в энергосетях, необходимы буферные и аккумуляционные установки. Однако они эффективны в районах, которые не подсоединены к единой энергосети, где затруднен подвоз топлива. В США 40 % потребляемой страной энергии запланировано получать за счет альтернативных возобновляемых источников; к 2012 г. основным заправочным топливом в США будет этанол. В этой стране принята новая национальная энергетическая программа, согласно которой государство в течение ближайших четырех лет инвестирует $ 385 млн в шесть проектов в сфере биотехнологий для получения альтернативных источников топлива и будет производиться более 50 млн л целлюлозного этанола в год. Общая сумма инвестиций в шесть биоочистительных предприятий составит $ 1,2 млрд. Использование этанола в США возрастет с 10 млрд литров в 2007 г. до 50 млрд литров в 2030 г., что будет соответствовать 8 % потребления автомобильного топлива. Гидроэнергетика в США дает 2 % от всей производимой в США энергии; к 2020 г. эта цифра будет увеличена до 4 %. К 2016 г. в США прогнозируется выработка до 110 ГВт солнечной энергии ежегодно, что позволит сэкономить около $100 млрд на получение электроэнергии из минерального сырья. В мире на $ 1 ВВП тратится 0,46 кВтч электроэнергии, в США — 0,52, а в РФ — 4,7 кВт•ч, что в 10 с лишним раз превышает средний мировой уровень. С таким трудом добываемое углеводородное сырье в РФ используется нерационально, запасы нефти и газа истощены, поэтому необходимо применение термоядерной, водородной, ветровой геотермальной или солнечной энергии, но при условии решения ряда экологических проблем и разработки целевых программ развития альтернативных эколого-энергетическх технологий. Конец каменного века наступил не потому, что не хватило камня, и нефтяной век закончится не из-за того, что будут истощены нефтяные ресурсы» (Ахмед Ямани) Нефть — уникальный ресурс, имеющий свой временный период существования, и его лимит определяется уровнем развития общества. В связи с этим необходима перестройка российской и мировой экономик на новой технологической основе.

2.3. Экологические проблемы энергетики. 2. Экологические проблемы окружающей среды. Экология

2.3.1. Экологические проблемы теплоэлектростанций (ТЭС)

2.3.2. Экологические проблемы производства электроэнергии на АЭС

2.3.3. Экологические проблемы гидроэлектростанций

2.3.4. Экологические проблемы производства электроэнергии с использованием “нетрадиционных” источников энергии

2.3.1. Экологические проблемы теплоэлектростанций (ТЭС)

ТЭС – это предприятия, вырабатывающие электроэнергию на базе химического топлива (уголь, нефть, природный газ). В РФ на ТЭС вырабатывается около 70% энергии страны. На производство электроэнергии в РФ расходуется менее четверти горючих ископаемых, остальное – на получение тепла. При выработке электроэнергии выделяется значительное количество теплоты, поэтому электростанции строят вблизи городов и предприятий, используя их в качестве производителя тепловой энергии (теплоэлектроцентраль – ТЭЦ), повышая этим их мощность на треть. На современных ТЭЦ КПД достигает 40 – 60%, дальнейшее увеличение практически невозможно. Средняя ТЭЦ потребляет в год около 8 млн. т угля. Перевозка топлива для ТЭЦ составляет 40% грузовых перевозок страны. При сжигании угля в атмосферу от одной только крупной ТЭЦ ежегодно попадает 10 млн. т углекислого газа, что способствует “парниковому эффекту”, 400 тыс. т золы, 300 тыс. т окислов серы, около 100 тыс. т окислов азота, в результате чего появляются кислотные дожди. При сжигании угля в воздух попадают соединения тяжелых металлов, радиоактивные вещества, которых от ТЭЦ в атмосферу попадает в 2 раза больше, чем от АЭС. Загрязнения от ТЭЦ ощущаются в радиусе до 20 км. Кроме того, загрязнением является нагрев воды при охлаждении агрегатов, а также шлаки (2 – 10 млн. т), которые вывозят в золоотвалы, занимающие площадь для одной ТЭЦ 2 – 5 км² и расположенные в 15 – 20 км от города. ТЭЦ, работающие на нефти или газе, гораздо экологичнее угольных.

2.3.2. Экологические проблемы производства электроэнергии на АЭС

Переход к атомной энергетике позволяет значительно снизить выбросы в атмосферу. На АЭС выбросы газов и жидкостей ниже допустимых пределов, годовой запас топлива порядка 10 куб. м, выбросы радиоактивных веществ меньше, чем от ТЭЦ. Экологическое воздействие АЭС – в тепловом загрязнении воды. Например, АЭС в Сосновом бору (Петербург) потребляет при охлаждении около 1 млн. куб. м морской воды в час. Особая проблема — радиоактивные отходы, которые после переработки имеют форму остеклованной массы 3 – 8 куб. м. Захоронение их происходит под строгим контролем.

2.3.3. Экологические проблемы гидроэлектростанций

ГЭС традиционно считались сравнительно дешевым и чистым источником энергии. Сооружение плотин неизбежно связано с образованием крупных искусственных водоемов. Площадь Братского водохранилища соизмерима с Телецким озером Горного Алтая. Земля под водохранилищем потеряна безвозвратно. Это млн. га пашни, лесов, лугов, дорог, селений. А эти искусственные озера постепенно, но неизбежно мелеют, зацветают, заболачиваются, становятся причиной изменения климата в худшую сторону. У плотин ГЭС гибнет в огромных количествах животный и растительный мир рек. Количество рыбы, уничтожаемой на водозаборах ГЭС, многократно превышает то, что дают все рыбные предприятия страны. Только на водозаборах Астраханской области ежегодно гибнет более 15 млн. штук молоди рыб.

В нижний бьеф вода попадает через турбины и по водоводам. На высотных плотинах (100 – 200 м) водоводы расположены на большой глубине (несколько десятков или более сотни метров), где вода летом и зимой имеет постоянную температуру. В условиях Сибири это приводит к тому, что летом в реке вода очень холодная — 6 -10 градусов при температуре на поверхности водохранилища 20 градусов. При коротком сибирском лете жители не имеют возможности искупаться в такой реке. Зимой река за плотиной не замерзает, так как через водовод попадает вода теплая – 4 градуса. Незамерзающий “язык” достигает 100 – 200 км, открытый водоем повышает влажность воздуха, при лютых сибирских морозах происходит кристаллизация льдинок в воздухе. Человек тяжело переносит сильные морозы с повышенной влажностью. Такая картина наблюдается в районе ГЭС бассейна Енисея: страдают больные астмой и другими заболеваниями дыхательного аппарата, повышается частота респираторных заболеваний. Такой “подарок” получили жители Красноярска, Братска и других сибирских городов. Изменился режим реки, не все породы рыбы выдержали глобальные изменения своей среды обитания. Построен ряд ГЭС и на равнинных реках, в частности Новосибирская ГЭС. Эта ГЭС не решает энергетической проблемы города, но громадное (протяженностью 200 км) водохранилище затопило плодородные земли в пойме реки, села и деревни. Идет постоянное обрушение берега из-за эрозии, водохранилище в основном мелкое и “зацветает”, постепенно заболачиваясь. Погибают некогда значительные запасы рыбы. Сибирские ученые, имея в виду проблемы и этого водохранилища, заявили: “Строительство гидроэлектростанций на равнинных реках – экологическое преступление”.

2.3.4. Экологические проблемы производства электроэнергии с использованием “нетрадиционных” источников энергии

Существует ряд неисчерпаемых энергетических источников, но используются они в незначительных масштабах. Причина – отсутствие приемлемых решений для их реализации. Время их еще не пришло. Это солнечная энергия, тепловая энергия недр, энергия океанских приливов и волн, ветровая. Суммарная мощность солнечной энергии колоссальна: за год на 1% площади пустыни Сахара падает количество солнечной энергии, которое превышает потребность в ней всего человечества. Но эта энергия непостоянна, зависит от погоды, времени года. В мире работают солнечные экспериментальные электростанции (СЭС, гелиоэлектростанции). Работают маяки и бакены на солнечной энергии. Наручные часы, калькуляторы давно работают на солнечной энергии, космические аппараты. Солнечная энергия завоевывает себе место под солнцем.

Запасы термальных вод на Земле громадны, но при современном состоянии технологии можно использовать только воды в районах вулканической активности, на глубине 1 – 2 км. Тюменское “подземное море” по размерам превышает Черное, температура 60 – 300 градусов. Принцип работы: прием пароводяной смеси из скважин, отделение пара в турбины, а вода – отход производства. Но минерализованы эти моря до 30%, поэтому сточные воды загрязняют ядами окружающую среду. Притом откачка воды из недр может вызвать землетрясения. Сточную воду нужно закачивать назад, в “подземное море”, на что при современном уровне технологии уйдет вся добытая энергия. Геотермальные станции небольшой мощности (ГеоТЭС) работают в США, Японии, РФ.

Энергия океанов и морей практически безгранична и вечна. Затраты на сооружение и работу приливных электростанций (ПЭС) определяются параметрами плотин. Энергия океанских волн огромна – волна высотой 3 м несет на 1 м берега энергию 90 кВт. 12 береговых энергетических установок в 50 миль могут полностью обеспечить Англию энергией. ПЭС оказывает минимальное влияние на среду. Однако удобных мест для строительства ПЭС мало. Экспериментальные ПЭС работают во многих странах.

Энергия ветра непостоянна, использование ее затруднено. Целесообразно использовать ее для автономных потребителей наряду с другим видом энергии. Экологического ущерба нет, малые станции широко используют в разных странах.

“Нетрадиционные источники” — это энергия будущего, надежда цивилизации. Хотя эти электростанции не вредят окружающей среде, но для их строительства нужен металл, другие материалы, энергия, для получения которых используют экологически “грязные” технологии.

Воздействие технологий возобновляемой энергии на окружающую среду

Объяснитель

Преимущества использования возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии — ветер, солнце, геотермальная энергия, гидроэлектроэнергия и биомасса — приносят существенную пользу нашему климату, нашему здоровью и нашей экономике.

Все источники энергии в той или иной степени влияют на окружающую среду. Ископаемые виды топлива — уголь, нефть и природный газ — наносят значительно больший вред, чем возобновляемые источники энергии, по большинству показателей, включая загрязнение воздуха и воды, ущерб для здоровья населения, утрату дикой природы и среды обитания, водопользование, землепользование и выбросы в результате глобального потепления.

Однако возобновляемые источники, такие как ветер, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и гидроэнергия , также оказывают воздействие на окружающую среду, некоторые из которых являются значительными.

Точный вид и интенсивность воздействия на окружающую среду варьируется в зависимости от конкретной используемой технологии, географического положения и ряда других факторов. Понимая текущие и потенциальные экологические проблемы, связанные с каждым возобновляемым источником энергии, мы можем предпринять шаги, чтобы эффективно избежать или свести к минимуму эти воздействия, поскольку они становятся большей частью нашего электроснабжения.

Энергия ветра

Объяснитель

Воздействие энергии ветра на окружающую среду

Энергия ветра вырабатывает электроэнергию без токсического загрязнения или выбросов глобального потепления, но она оказывает некоторое воздействие на окружающую среду, которое следует признать и смягчить.

Энергия ветра

Использование энергии ветра — один из самых чистых и устойчивых способов производства электроэнергии, поскольку он не производит токсического загрязнения или выбросов, вызывающих глобальное потепление. Ветер также изобилен, неисчерпаем и доступен по цене, что делает его жизнеспособной и крупномасштабной альтернативой ископаемому топливу.

Несмотря на огромный потенциал, существует целый ряд воздействий на окружающую среду, связанных с производством ветровой энергии, которые следует признать и смягчить. Они включают вопросы землепользования и вызовы дикой природе и среде обитания.

Солнечная энергия

Объяснитель

Воздействие солнечной энергии на окружающую среду

Потенциальное воздействие на окружающую среду, связанное с использованием солнечной энергии, зависит от технологии, которая включает две широкие категории: фотоэлектрические солнечные элементы и концентрирующие солнечные тепловые установки.

Солнечная энергия

Как и энергия ветра, солнце обеспечивает огромный ресурс для производства экологически чистой электроэнергии.

Воздействие на окружающую среду, связанное с использованием солнечной энергии, может включать землепользование и утрату среды обитания, водопользование и использование опасных материалов в производстве, хотя типы воздействия сильно различаются в зависимости от масштаба системы и используемой технологии — фотогальваническая ( PV) солнечные элементы или концентрирующие солнечные тепловые установки (CSP).

Геотермальная энергия

Объяснитель

Воздействие геотермальной энергии на окружающую среду

Воздействие геотермальной энергии на окружающую среду зависит от технологии, используемой для производства электроэнергии, и типа используемой системы охлаждения.

Геотермальная энергия

Наиболее широко развитый тип геотермальных электростанций (известных как гидротермальные электростанции) расположен вблизи геологических «горячих точек», где горячая расплавленная порода находится близко к земной коре и производит горячую воду.

В других регионах улучшенные геотермальные системы (или геотермальные горячие сухие породы), которые включают бурение поверхности земли для достижения более глубоких геотермальных ресурсов, могут обеспечить более широкий доступ к геотермальной энергии.

Геотермальные электростанции также различаются с точки зрения технологии, которую они используют для преобразования ресурса в электричество (прямой пар, мгновенное или бинарное) и типа используемой технологии охлаждения (с водяным охлаждением и с воздушным охлаждением). Воздействие на окружающую среду различается в зависимости от используемой технологии преобразования и охлаждения.

Биомасса для производства электроэнергии

Отчет

Ресурсы биомассы в США

Этот анализ подробно описывает ресурсы биомассы, которые могут быть устойчиво произведены и использованы в Соединенных Штатах для получения энергии и топлива, с акцентом на энергетические культуры, сельскохозяйственные отходы, отходы и лесную биомассу.

Биомасса для производства электроэнергии

Электростанции, работающие на биомассе, имеют некоторое сходство с электростанциями, работающими на ископаемом топливе: в обоих случаях используется сжигание сырья для выработки электроэнергии. Таким образом, заводы, работающие на биомассе, вызывают аналогичные, но не идентичные опасения по поводу выбросов в атмосферу и использования воды, как и заводы, работающие на ископаемом топливе. Тем не менее, сырье для заводов по производству биомассы может производиться устойчивым образом, в то время как ископаемое топливо не является возобновляемым.

Источники ресурсов биомассы для производства электроэнергии разнообразны: от энергетических культур (таких как просо) до сельскохозяйственных отходов, навоза, лесной продукции и отходов, а также городских отходов. Как тип сырья, так и способ его разработки и сбора значительно влияют на землепользование и влияние выбросов глобального потепления в течение жизненного цикла при производстве энергии из биомассы.

Гидроэнергетика

Объяснитель

Воздействие гидроэнергетики на окружающую среду

Гидроэнергетика включает в себя как массивные гидроэлектростанции, так и небольшие русловые электростанции, обе из которых имеют связанные с этим воздействия на окружающую среду.

Гидроэнергетика

Гидроэнергетика включает как массивные гидроэлектростанции, так и небольшие русловые электростанции. Крупномасштабные гидроэлектростанции продолжают строиться во многих частях мира (включая Китай и Бразилию), но маловероятно, что в будущем к существующему флоту США будут добавлены новые объекты.

Вместо этого будущее гидроэлектроэнергии в Соединенных Штатах, скорее всего, будет связано с увеличением мощности существующих плотин и новыми проектами русла реки. Оба типа заводов оказывают воздействие на окружающую среду.

Гидрокинетическая энергия

Объяснитель

Воздействие гидрокинетической энергии на окружающую среду

Гидрокинетическая энергия включает в себя энергию волн и приливов и включает в себя ряд энергетических технологий, многие из которых все еще находятся на экспериментальных стадиях или на ранних стадиях развертывания.

Гидрокинетическая энергия

Гидрокинетическая энергия, включающая энергию волн и приливов, охватывает ряд энергетических технологий, многие из которых все еще находятся на экспериментальных стадиях или на ранних стадиях развертывания. Хотя фактическое воздействие крупномасштабных операций не наблюдалось, можно спрогнозировать ряд потенциальных воздействий.

Несмотря на это воздействие на окружающую среду, технологии возобновляемой энергии чрезвычайно выгодны по сравнению с ископаемым топливом и остаются основной частью решения проблемы изменения климата.

Связанные ресурсы

Электричество и окружающая среда — Управление энергетической информации США (EIA)

  • Основы
  • +Меню

Хотя электричество является чистой и относительно безопасной формой энергии при его использовании, производство и передача электроэнергии влияет на окружающую среду. Почти все типы электростанций оказывают влияние на окружающую среду, но некоторые электростанции оказывают большее влияние, чем другие.

В Соединенных Штатах действуют законы, регулирующие воздействие производства и передачи электроэнергии на окружающую среду. Закон о чистом воздухе регулирует выбросы загрязнителей воздуха большинством электростанций. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) управляет Законом о чистом воздухе и устанавливает стандарты выбросов для электростанций с помощью различных программ, таких как Программа кислотных дождей. Закон о чистом воздухе помог существенно сократить выбросы некоторых основных загрязнителей воздуха в Соединенных Штатах.

Влияние электростанций на ландшафт

Все электростанции имеют физический след (расположение электростанции). Некоторые электростанции расположены внутри, на или рядом с существующим зданием, поэтому занимаемая площадь довольно мала. Большинство крупных электростанций требуют расчистки земли для строительства электростанции. Некоторым электростанциям могут также потребоваться подъездные дороги, железные дороги и трубопроводы для доставки топлива, линии электропередачи и системы подачи охлаждающей воды. Электростанции, работающие на твердом топливе, могут иметь помещения для хранения золы сгорания.

Многие электростанции представляют собой большие сооружения, которые изменяют визуальный ландшафт. В целом, чем больше строение, тем больше вероятность того, что электростанция повлияет на визуальный ландшафт.

Две угольные электростанции Северного парового комплекса Кристал-Ривер в Кристал-Ривер, Флорида

Источник: Ebyabe, автор Wikimedia Commons (лицензия GNU Free Documentation License) (общественное достояние)

Ископаемое топливо, биомасса и сжигание отходов электростанции

  • Двуокись углерода (CO 2 )
  • Оксид углерода (CO)
  • Диоксид серы (SO 2 )
  • Оксиды азота (NOx)
  • Твердые частицы (ТЧ)
  • Тяжелые металлы, такие как ртуть
  • CO 2 – парниковый газ, способствующий парниковому эффекту.
  • SO 2 вызывает кислотные дожди, вредные для растений и животных, живущих в воде. СО 2 также усугубляет респираторные и сердечные заболевания, особенно у детей и пожилых людей.
  • NOx способствуют образованию приземного озона, который раздражает и повреждает легкие.
  • PM приводит к туману в городах и живописных районах и в сочетании с озоном способствует развитию астмы и хронического бронхита, особенно у детей и пожилых людей. Также считается, что очень маленькие частицы, или Fine PM , вызывают эмфизему и рак легких.
  • Тяжелые металлы, такие как ртуть, опасны для здоровья человека и животных.

Электростанции сокращают выбросы загрязнителей воздуха различными способами

  • Сжигание угля с низким содержанием серы для сокращения выбросов SO 2 . Некоторые угольные электростанции совместно сжигают древесную щепу с углем для сокращения выбросов SO 2 . Предварительная обработка и переработка угля также может снизить уровень нежелательных соединений в дымовых газах.
  • Различные виды устройств контроля выбросов твердых частиц обрабатывают дымовые газы перед их выходом из электростанции:
    • Рукавные фильтры представляют собой большие фильтры, улавливающие твердые частицы.
    • В электрофильтрах используются электрически заряженные пластины, которые притягивают и удаляют твердые частицы из дымового газа.
    • Мокрые скрубберы используют жидкий раствор для удаления ТЧ из дымовых газов.
  • Мокрые и сухие скрубберы смешивают известь с топливом (углем) или распыляют известковый раствор в дымовые газы для сокращения выбросов SO 2 . Сжигание в кипящем слое также приводит к снижению SO 2 выбросы.

    • Средства контроля выбросов NOx

  • включают горелки с низким содержанием NOx на этапе сгорания или селективные каталитические и некаталитические нейтрализаторы на этапе дожигания.

Электростанция Хантер, угольная электростанция к югу от Касл-Дейл, штат Юта

Источник: Триша Симпсон, автор Wikimedia Commons (лицензия GNU Free Documentation License) (общественное достояние)

Многие электростанции США производят выбросы CO

2

Сектор электроэнергетики является крупным источником выбросов CO 9 в США. 0130 2 выбросы. Электростанции сектора электроэнергетики, которые сжигали ископаемое топливо или материалы, изготовленные из ископаемого топлива, а также некоторые геотермальные электростанции были источником около 32% общих выбросов CO 2 в США, связанных с энергетикой, в 2021 году.

Некоторые электростанции также производят жидкие и твердые отходы

Зола представляет собой твердый остаток, образующийся в результате сжигания твердого топлива, такого как уголь, биомасса и твердые бытовые отходы. Зольный остаток включает самые крупные частицы, которые собираются на дне камеры сгорания котлов электростанций. Летучая зола — это более мелкие и легкие частицы, которые собираются в устройствах контроля выбросов в атмосферу. Летучая зола обычно смешивается с зольным остатком. Зола содержит все опасные материалы, которые улавливают устройства контроля загрязнения. Многие угольные электростанции хранят золошлам (зола, смешанная с водой) в отстойниках. Большинство этих прудов не облицованы и представляют опасность для грунтовых вод. Некоторые из этих прудов прорвались, причинив значительный ущерб и загрязнение вниз по течению. Некоторые угольные электростанции отправляют золу на свалки или продают золу для производства бетонных блоков или асфальта.

Атомные электростанции производят различные виды отходов

  • Низкоактивные отходы, такие как загрязненные защитные бахилы, одежда, обтирочные тряпки, швабры, фильтры, остатки очистки реакторной воды, оборудование и инструменты, хранятся на атомных электростанциях до тех пор, пока радиоактивность в отходах не снизится до уровня, безопасного для захоронения в качестве обычного мусора, или пока они не будут отправлены на полигон для захоронения низкоактивных отходов.
  • Высокоактивные отходы, к которым относятся высокорадиоактивные отработавшие (использованные) тепловыделяющие сборки, должны храниться в специально сконструированных контейнерах и сооружениях для хранения (см.
    Экологические проблемы энергетики: Экологические проблемы энергетического обеспечения человечества