Методы получения электроэнергии: теплоэнергетическая станция (топливо для них - уголь, мазут, газ. Источники загрязнения - газообразные продукты сгорания топлива. При применении мазута в атмосферу выбрасывается сажа, оксиды серы и азота, и угарный газ.

Энергетика представляет собой область хозяйства, охватывающую использование различных энергетических ресурсов, включая выработку, передачу, сохранение и использование энергии. В настоящее время человечество удовлетворяет свои потребности в энергии за счет тепло-, гидро- и атомной энергетики, а также других источников, так называемых альтернативных. В мировом энергетическом балансе резко преобладают невозобновимые источники энергии.

Теплоэнергетика. Взаимодействие тепловых электростанций и котельных с окружающей средой состоит в потреблении топлива, воды, атмосферного кислорода, изменении ландшафта и многообразных выбросах отходов во все геосферы.

Удельное потребление топлива и кислорода воздуха, объем и состав выбросов определяются видом топлива и степенью совершенства технологии его сжигания. Фактические объемы и состав выбросов зависят от сортов и марок угля, нефти и газа, параметры которых изменяются по месторождениям и отдельным залежам, а также от технического оснащения электростанций. Особенно существенным фактором, влияющим на размеры удельных выбросов, является сернистость угля, нефти и нефтепродуктов. Применение высокосернистых сортов ископаемого топлива ограничивается либо обусловливается предварительной очисткой от сернистых соединений.Для электростанций, работающих на угле, горючих сланцах и торфе, остро стоит проблема утилизации твердых отходов - шлака и летучей золы.

Зольность ископаемых углей составляет от 4 до 45% (особенно высока зольность бурых углей), горючих сланцев - до 50%, торфа - 6-10%. В составе твердой золы преобладают оксиды кремния (30-60%), алюминия (18-39%), железа (5-21%), кальция (1-40%), магния (6-7%), калия (0,2-3,8%), натрия (0,02-2,3%). Кроме того, зола углей, сланцев и торфа обогащена в сравнении с земной корой разнообразным комплексом микроэлементов (Be, В, Zn, Zr, Sr, Nb, Mo и др.) Эффективный способ решения этой проблемы - использование золошлаковых отходов в строительной индустрии, при производстве железобетонных изделий. Это позволяет не только избежать занятия значительных территорий пылящими золо- и шлакоотвалами, но и экономить такие при-родоемкие материалы, как цемент и песок. Накоплен опыт использования золы для мелиорации кислых почв. В то же время возможность тех или иных форм утилизации золы и шлака зависит от содержания в них микроэлементов.

Наиболее приемлемым с экологической точки зрения видом ископаемого топлива является природный газ. Перевод на газовое топливо силовых электростанций и котельных позволяет существенно снижать уровень загрязнения атмосферного воздуха городов. Современный этап развития мировой энергетики получил образное название газовой паузы между преимущественно угольной энергетикой прошлого и гипотетической термоядерной энергетикой будущего.

Тепловые электростанции, независимо от используемого топлива, нуждаются в воде для охлаждения агрегатов, в связи с чем теплоэнергетика является крупнейшим промышленным водопотребителем. Сброс нагретых вод приводит к тепловому загрязнению водоемов. При крупных электростанциях создаются специальные пруды-охладители с нарушенным температурным режимом.Гидроэнергетика не вызывает химическое или радиационное загрязнение окружающей среды, однако создание водохранилищ приводит к затоплению земель, активизации экзогенных, а иногда и эндогенных геодинамических процессов, плотины гидроэлектростанций нарушают гидрологический режим рек и условия обитания гидробион-тов. Особенно много негативных последствий имеет создание значительных по площади водохранилищ на равнинных реках. Плотины и создаваемые ими водохранилища становятся факторами риска для нижележащих участков речных долин.

Значительны и потенциальные возможности малых ГЭС. Ядерная энергетика интенсивно развивалась в период между 1954 г. (ввод первой в мире Обнинской АЭС) и 1986 г. (катастрофа на Чернобыльской АЭС). Ее развитию способствовали такие преимущества, как отсутствие регулярных выбросов и сбросов, высокая транспортабельность ядерного топлива. К концу 1983 г. в 25 странах мира эксплуатировалось 317 и строилось 209 атомных энергетических установок. После чернобыльской катастрофы почти все страны мира свернули свои ядерные энергетические программы. Причиной пересмотра отношения к атомной энергетике, наряду с опасностью катастроф вследствие технических неполадок, ошибок операторов, террористических актов, является отсутствие удовлетворительного решения проблем захоронения радиоактивных отходов, консервации и демонтажа самих сооружений АЭС, после того как они полностью выработают свой ресурс. Необходимость дополнительных расходов ради повышения безопасности атомных электростанций и всего ядерно-энергетического цикла подрывает рентабельность атомной энергетики. Тем не менее неминуемое истощение топливных ресурсов не позволяет человечеству полностью отказаться от ядерной энергетики.

Энергетический кризис возникает в те моменты, когда спрос на энергоносители поднялся выше их предложение. Причины такого кризиса лежат в области политики, логистики и физического дефицита энергоносителей.

Потребление энергии это обязательное условие для существования человеческого общества. Наличие энергии, доступной для потребления - это основное условие для удовлетворения человеческих потребностей, роста продолжительности жизни, улучшения ее условий.

Однако энергетика стратегическим образом негативно влияет на окружающую среду и человека, т. е. на экологию. Энергетика изменяет атмосферу (растет потребление кислорода, выбросы влаги, газа, твердых частей). Энергетика сбивает с ритма гидросферу Земли (возрастает потребление воды, создаются искусственные водохранилища, сбрасываются нагретые и загрязненные воды, отходы). Литосфера также сильно страдает (иссякание ископаемого топлива, смена ландшафта, наполнение земли токсичными отходами).

Однако, не взирая на отмеченные выше факторы, рост потребления энергии продолжался и его продолжение не вызывало сильной тревоги в обществе. Подобное положение дел продержалось до середины семидесятых годов. Именно тогда в руках ученых оказалось множество данных, которые свидетельствовали об очень сильном давлении антропогенеза на климат. Были сделаны выводы - это давление таит в себе угрозы глобальных катастроф при росте энергопотребления. С тех самых пор данная научная проблема стала привлекать в себе наверное самое пристальное внимание.

Считается, что именно энергетика стала одной из основных причин такого изменения. Под нею, при этом, мы понимаем любую область жизнедеятельности человека, связанная с потреблением, и производством энергии. Большая часть энергетики обеспечивается потреблением энергии, которая освобождается во время сжигания ископаемого топлива (угля. Газа, нефти) а это приводит к выбросу в атмосферу земли большого количества загрязняющих веществ.

Даже такой упрощенный подход несет вред мировой экономике. Он может нанести сокрушительный удар по экономике стран, не достигших достаточного для окончания индустриальной стадии развития уровня поглощения энергии. В число таких стран входит и Российская Федерация. Все, в действительности обстоит намного сложнее. Кроме парникового эффекта, который возник в том числе и из-за энергетики, на климат нашей планеты оказывают влияние естественные причины. С

Среди них: солнечная активность, вулканическая, изменение параметров орбиты Земли, колебания в системе океан-атмосфера. А здесь все аспекты еще не изучены и на половину, и корректного анализа проблемы можно добиться только с учетом всех факторов. При этом нужно внести некоторую ясность в вопрос о том, как поведет себя общемировое энергопотребление в будущем, и правда ли человечеству необходимо будет установить жесткие ограничения для себя в потреблении энергии, для того, чтобы избежать катастрофических последствий глобального потепления.

Энергия – это одно из важнейших условий существования биосистемы. До недавнего времени, то есть примерно 3,5 млрд. лет, биосфере Земли вполне хватало энергии Солнца. И единственному кому на нашей планете ее не хватает – человек. Дополнительная энергия ему требуется не как живому организму, а в связи с обеспечением своей производственно-хозяйственной деятельности и бытовых нужд. Для этих целей человечество производит два вида энергии: тепловую и электрическую. В их производстве вместе в энергетической задействованы еще несколько смежных отраслей хозяйственной деятельности. Потому экологические проблемы энергетики это проблемы не одного направления человеческой деятельности, а целого комплекса. Они многосторонни и многочисленны и возникают на всех стадиях производства от добычи полезных ископаемых до поставки энергии конечному потребителю.

В настоящее время энергию вырабатывают из двух источников: возобновляемого и не возобновляемого. К первому относят энергию Солнца, ветра и воды. Производство в этом случае малоэффективно, зависимо от внешних условий и сопряжено с существенными затратами. К не возобновляемым источникам относятся все виды полезных ископаемых, внутреннюю химическую энергию которых можно преобразовать. Это: древесина, торф, уголь, нефть, газ и их производные. Расщепление атома в середине прошлого века дало возможность получать энергию, возникающую в ходе ядерных реакций. Так возникла ядерная энергетика, которая стоит несколько особняком от других.

Выработкой занимаются многочисленные тепловые, гидро- и электростанции, комплексы, производящие одновременно тепловую и электрическую энергии. Эти станции различаются по мощности. Основная масса станций построено из расчета производственной мощности в 1000 Мвт. Но есть и малые станции, обеспечивающие энергией небольших потребителей, вплоть до частных домохозяйств. Атомные станции обладают огромной мощностью до 8200 Мвт.

Экологические проблемы энергетики начинаются с добычи природных ископаемых. Разработка торфяников и вырубка лесов, угольные шахты и нефтяные и газовые месторождения – это, прежде всего, опустошение природы. Ресурсы, создаваемые природой на протяжении миллионов лет, вынимаются из мест их залежей и в будущем не могут быть восполнены. В ходе разработок и по их окончании, территории, как правило, остаются брошенными. Рекультивация почвы не проводится, не высаживаются деревья на место вырубленных. Экосистемы деградируют и погибают.

Транспортировка добытых полезных ископаемых до мест их применения производится по природным транспортным коридорам – рекам, морям и океанам или по специально созданным для этого трубопроводам, железнодорожным и транспортным магистралям. Аварии, розливы, выбросы, затопления, завалы и многое другое загрязняет территории, по которым проходит транспортировка.

Станции, их виды и проблемы

Экологические проблемы современной энергетики это еще и требования, предъявляемые к техническим и строительным нормам размещения станций по выработке электрической энергии и тепла.

Гидростанции. Возможность вырабатывать энергию при помощи воды, создает необходимость создавать дополнительные гидротехнические сооружения. Каскады плотин и водохранилищ, возводимые на реках, приводят к нарушению их водообмена. Необходимость для работы гидроэлектростанций создания водохранилищ, не только приводит к затоплению значительных территорий, это еще существенно влияет на уровень воды реки и большинства ее притоков. Уровень рек, как правило, повышается, а вот притоки мелеют и как речные артерии исчезают. Отрицательное воздействие на экосистему водного бассейна имеет также регулирование уровня воды. Быстрый сброс и понижение уровня, а затем набор воды, приводит к разрушению почвы, смыванию плодородного слоя, гибель мест нереста рыбы. Наиболее показательный пример губительного воздействия гидротехнических сооружений на водный бассейн и окружающую природу — это Каспийское море. После введения в эксплуатацию плотинного комплекса уровень воды в море изменился, стал другим кислородный обмен, уменьшилось поступление питательных веществ. Негативные последствия стали столь угрожающими для существования биосистемы моря в целом, что пришлось вносить коррективы в конструкцию плотины.

Водохранилища, создаваемые в районе тепловых и электрических станций, служат для сброса технологических вод. Сами по себе эти стоки не имеют существенных загрязнений, но несут в себе другую опасность для окружающей среды, они имеют повышенную температуру. В результате изменяется не только температурный режим водного объекта, но и климатические условия прилегающей территории. Происходят изменения и мутации у растений и животных.

Тепловые и электрические станции работают на разных видах топлива: твердом, жидком или газообразном. Несмотря на то, какой вид топлива используют станции, станции сжигают тысячи кубических метров кислорода и выбрасывают в атмосферу не меньшее число золы, продуктов горения и газов, которые содержат загрязняющие вещества. Эти вещества попадают в почву и воду не только непосредственно около станции, а по воздуху распространяются на значительные расстояния.

Атомные

Расщепление атома дало человечеству дополнительные энергетические ресурсы и возможности, а вместе с этим и новые проблемы. Экологические проблемы ядерной энергетики имеют специфический характер. В этой довольно новой отрасли есть проблемы присущие всей этой сфере. В процессе добычи сырья – уничтожается экология мест его залегания. Водоемы возле станций, предназначенные для слива охлаждающей воды, также формируют несвойственный этой природной зоне микроклимат. Есть и положительные стороны — практически отсутствуют выбросы, свойственные станциям, работающим на принципе сжигании сырья. Атомной энергетики экологические проблемы носят отложенный характер. Они связаны с производством топлива для этих станций и хранением отработанного.

Основной аргумент, приводимый в пользу расширения производства атомной энергии, — это ее низкая себестоимость. Кроме того, расположить АЭС могут на своей территории государства, которые не обладают необходимым сырьем. Атомная – это единственный выход для стран, в недрах которых нет сырья для других видов станций. Но так ли дешева атомная энергия? Если к стоимости сырья, станции и производственного процесса прибавить стоимость затрат по утилизации и хранению отработанного топлива, средства, потраченные на ликвидации различного рода поломок, аварий и катастроф, а также их последствий. Суммы, необходимые для лечения участников ликвидаций этих аварий, их детей, зараженной природы и так далее.

Первая атомная станция была построена в СССР в 1954 году. Через 32 года произошла авария на Чернобыльской станции, а еще через 25 – на станции Фукусима. Можно сказать, что всего лишь две аварии за более чем 60 лет, а можно сказать, что аварии происходят каждые 25-30 лет. Как бы ни вести статистику, для восстановления пораженной радиацией природной среды необходимо в каждом случае от 30 до 1000 лет. На экологические проблемы ядерной энергетики всерьез обратили внимание только после 1986 года, когда на Чернобыльской АЭС произошла авария. Эта реакция была схожа на панику. Много стран мира полностью отказались от строительства на своей территории атомных реакторов. Но экономика выдвигает свои аргументы, а текущая безопасность ядерного производства в разы выше других видов энергетики.

Экологические проблемы ядерной энергетики это не только проблемы «мирного» атома. Это еще флот, в том числе и в первую очередь военный, и оружие. Какие сюрпризы можно ожидать с этой стороны — никто не знает?

Видео — Ядерная энергетика и ее Альтернатива

1.5.1. Экологический аспект производства и передачи электроэнергии

Выработка электроэнергии сопряжена с отрицательными воздействиями на окружающую среду. Энергетические объекты по степени влияния принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на окружающую среду планеты. Объекты электроэнергетики, прежде всего ТЭС, воздействуют на атмосферный воздух выбросами загрязняющих веществ, на природные воды - сбросами в водные объекты загрязненных сточных вод, используют значительное количество водных и земельных ресурсов, загрязняют окружающие территории золошлаковыми отходами. Масштабы этого воздействия в России более детально охарактеризованы в 11.8. Что касается передачи электроэнергии по линиям электропередач, то по сравнению с перевозкой разных видов топлива и их перекачкой по системам трубопроводов она экологически безопасна.

На современном этапе проблема взаимодействия энергетических объектов и окружающей среды приобрела новые черты, оказывая влияние на огромные территории, реки и озера, атмосферу и гидросферу Земли. Более значительные объемы энергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейшее расширение области воздействия на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах.

С ростом единичных мощностей блоков, электрических станций и энергетических систем, удельных и суммарных уровней энергопотребления возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный и водный бассейны, а также более полного использования их естественной рассеивающей способности. Ранее при выборе способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта, установления основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) руководствовались в первую очередь минимизацией экономических затрат. В настоящее время на первый план выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики на окружающую среду.

Принято выделять три уровня экологических ограничений:

• локальный - нормативы абсолютных и удельных экологических показателей работы энергопредприятия;
• региональный -ограничения на трансграничные потоки выбросов SO 2 и NO x энергопредприятий, расположенных на европейской территории России;
• глобальный уровень - ограничения на валовый выброс парниковых газов (СО 2).

Отнесение выбросов парниковых газов к разряду экологических проблем всегда было дискуссионным, поскольку CO 2 не является загрязнителем окружающей среды. Существуют его естественная и антропогенная эмиссии. Влияние антропогенной эмиссии на глобальное потепление, да и сам факт глобального потепления, вызывал многочисленные споры. В 2005–2006 гг. работы Межправительственной группы экспертов по изменению климата убедительно доказали факт глобального потепления и его зависимость от антропогенной эмиссии СО 2.

Реализация «Рамочной Конвенции ООН об изменении климата» и Киотского протокола к ней (эта проблематика рассмотрена в 11.8) привели к формированию в ряде стран систем управления ограничениями эмиссии CO2, основанных на сочетании государственных решений по размерам ограничений и сокращений, и рынков сокращений CO2. Можно говорить о том, что в мире формируется глобальная система управления процессом сокращения антропогенной эмиссии парниковых газов.

Борьба с глобальными изменениями климата всё в большей мере влияет на экономическую политику стран. Эта борьба становится одной из важнейших социальных целей экономической политики, определяя её эволюцию в сторону инновационной экономики и уход от сырьевой ориентации.

Поэтому проблематика ограничения выбросов парниковых газов оформилась в самостоятельную предметную область, очень тесно связанную с экологической политикой, но всё же отличающуюся от неё глобальностью подхода, комплексностью и разнообразием инструментария для решения проблем. Этот инструментарий включает в себя применение специальных моделей для глобального моделирования вариантов развития экономико-энергетического комплекса на долгосрочный период. Наиболее известные из них – это модельный комплекс MARKAL и его усовершенствованная версия TIMES, разработанные под эгидой Международного энергетического агентства (МЭА) и применяющиеся во многих странах мира. Инструментарий ограничения и сокращения выбросов парниковых газов включает в себя комплекс мер по повышению энергоэффективности экономики, применению наилучших существующих и появляющихся технологий производства и потребления энергии, введение платы за выбросы парниковых газов и рыночных механизмов торговли сокращением выбросов СО 2 .

В отличие от проблематики парниковых газов, традиционные экологические проблемы имеют преимущественно локальный и региональный характер.

Создание в электроэнергетической отрасли новых генерирующих компаний, перспективы интеграции отечественных и зарубежных рынков электроэнергии определяют актуальность разработки новой экологической политики в области электроэнергетики. Ее основная цель - создание условий и разработка системы мер, обеспечивающих надежное и экологически безопасное производство, транспорт и распределение энергии при соблюдении норм и требований природоохранного законодательства.

При разработке экологической политики в электроэнергетике необходимо учитывать неизбежный переход национального законодательства к принципу использования наилучших существующих технологий и введению технических нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ в окружающую среду.

Приоритетные направления по использованию наилучших существующих технологий в электроэнергетике (кроме атомной) определены концепцией технической политики РАО «ЕЭС России». В указанном документе приведены наиболее прогрессивные технические решения и охарактеризованы наилучшие существующие технологии, которые должны применяться при проектировании, эксплуатации, реконструкции и строительстве энергопредприятий.

Следует учитывать, что реализация перспективных технологий в электроэнергетике, включая использование парогазовых технологий и технологии циркулирующего кипящего слоя на ТЭС, в ряде случаев (в промышленных центрах и других местах с повышенной антропогенной нагрузкой на окружающую среду, а также вблизи особо охраняемых природных территорий) далеко не всегда согласуется с требованием обеспечить жесткие нормативы качества окружающей среды. В этом случае необходимо внедрение специальных природоохранных мер.

1.5.2. Особенности экологических проблем ТЭС и ГЭС, пути их решения.

К экологическим проблемам тепловых электрических станций , использующих для выработки электрической и тепловой энергии ископаемое топливо, относятся выбросы оксидов азота, двуокиси серы, твердых частиц, а также выбросы СО2 в атмосферу, сбросы загрязняющих веществ в водоемы, наличие большого количества отходов золошлаковых материалов и низкий уровень их полезного использования.

Оксиды серы и оксиды азота представляют серьезную экологическую проблему. При увеличениях концентрации этих загрязняющих веществ возрастает число заболеваний дыхательных путей, в первую очередь среди людей старшего поколения. Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту (степень их опасности зависит от размеров: пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли или частицы могут проникать в самые дальние участки легких. Степень вредного воздействия пропорциональна концентрации загрязняющих веществ).

Также, в результате реакции между водой и оксидами серы (SO2) и азота (NOх) образуются кислотные дожди (выделяющиеся двуокись серы и окислы азота в атмосфере земли трансформируются в кислотообразующие частицы, которые вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, выпадающие в качестве кислотных дождей). Кислотные дожди создают угрозу существования биосферы и самого человека, являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев и растительности, ускоряют разрушение зданий и памятников культуры, трубопроводов, понижают плодородие почв.

Твердые частицы - золы уноса тепловых электростанций в атмосферу (в объеме более 3 млн. тонн в год) также оказывают негативное воздействие на органы дыхания человека и животных, лесные угодья, водные объекты.

Зола и шлаки - золошлаковые отходы угольных ТЭС, размещаемые в золоотвалах, которые уже сейчас занимают более 22 тыс. га земельных площадей. Удаление и утилизация золошлаковых отходов - одна из основных экологических проблем угольных ТЭС. Существующая в настоящее время практика использования гидрозолоудаления с последующим хранением золошлаковых отходов не соответствует перспективным требованиям и не позволяет эффективно использовать золошлаковые материалы в строительной индустрии, приводя к увеличению накопления золошлаков в отвалах на 25-30 млн. тонн в год.

Сбросы загрязняющих веществ в водоемы не должны превышать ассимилирующую способность водных объектов (способность принять определенную массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования), используемых для питьевого и хозяйственного водоснабжения, в рыбохозяйственных и других целях.

Выбросы СО2: на долю электроэнергетики России приходится около четверти парниковых газов, выбрасываемых промышленными стационарными источниками. В условиях постоянного внимания со стороны международных и российских организаций вопросам изменения климата, в электроэнергетической отрасли должны жестко контролироваться уровни собственной эмиссия СО2.

Экологические проблемы ТЭС, использующих в качестве топлива уголь, выражены гораздо более сильно, чем для газовых электростанций. Об этом свидетельствуют данные, приведенные в таблице 1.5.1.

Таблица 1.5.1

Выбросы загрязняющих веществ на ТЭС при выработке 1 МВт.ч (при сжигании угля и газа)

	Выбросы загрязняющих веществ, кг/МВт.ч

Поэтому основное внимание при разработке природоохранных технологий уделяется ТЭС, использующих уголь.

Как показано в п. 1.4, в целом ряде подотраслей и видов производства имеет место отставание технического уровня российской электроэнергетики от мировых образцов. Без внедрения нового и модернизации существующего природоохранного оборудования на действующих российских ТЭС при номинальной их загрузке нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) могут быть превышены уже к 2015 году: по зольным твердым частицам - на 50% ТЭС, по оксидам азота - на 44% ТЭС, по оксиду серы - на 25% ТЭС.

Перечень решений экологических проблем на действующих ТЭС включает в себя технологические методы подавления оксидов азота и внедрение систем азотоочистки, специальные сероочистные установки, высокоэффективные золоуловители, передовые технологии обработки воды и утилизации золошлаков. В целом для ТЭС следует использовать дифференцированный подход - в зависимости от вида топлива, мощности и срока эксплуатации оборудования:

• котельные установки с пониженными параметрами (9 МПа/510 °С и 2,9 МПа/420 °С) и сданные в эксплуатацию еще в 50-е гг. прошлого века должны быть демонтированы, как только появится возможность обеспечить потребителей тепловой и электрической энергией из других источников;
• на котлах, которые еще длительное время будут работать на твердом и газомазутном топливе, провести набор мероприятий для снижения выбросов NO x в атмосферу (табл. 1.5.2). Эти мероприятия в большинстве случаев могут быть реализованы ремонтными компаниями за счет некоторого увеличения стоимости и сроков проведения капитального ремонта;

на этой же группе оборудования (пылеугольные котлы на параметры пара 13,8 МПа со сроком остаточной эксплуатации более 10 лет) необходимо реализовать малозатратные мероприятия по повышению эффективности золоулавливания и (в случае сжигания высокосернистых углей) упрощенные схемы сероочистки.

Таблица 1.5.2

Способы снижения выбросов NO x для действующих котлов с длительным сроком их последующей эксплуатации

Название метода	Эффективность, %		Ограничение применимости	Примечание
Модернизация топочного процесса
Малотоксичные горелки		Все виды топлива	Стабильность факела и полнота сгорания топлива	Ступенчатый ввод воздуха или топлива на горизонтальном участке факела требует определенного расстояния до противоположного экрана
Рециркуляция дымовых газов		Бòльшая цифра - для газа, меньшая - для высокореакционных углей. Не годится для АШ, Т и СС	Стабильность факела, на барабанных котлах - рост температуры перегрева	Подача газов рециркуляции - через горелки. При сжигании угля - через пылесистему (вместе с первичным воздухом).
Двухступенчатое сжигание		Все виды топлива		При сжигании серосодержащего топлива, особенно в котлах СКД, появляется опасность высокотемпературной коррозии топочных экранов
Концентрическое сжигание		Бурые угли и каменные угли с высоким выходом летучих		При реконструкции тангенциальных топок можно ограничиться заменой горелок. Одновременно снижается шлакование и коррозия топочных экранов
Трехступенчатое сжигание с восстановлением NO x (Reburning)		Все виды топлива (для АШ и Т необходимо 10-15 % газа по теплу)	Появление СО и рост горючих в уносе	Больший эффект достигается при использовании газа для создания восстановительной зоны (10-15 % по теплу).

Для улучшения экологической обстановки на действующих ТЭС, с учетом возможного увеличения доли твердого топлива в структуре их топливного баланса:

• на высокоэкономичных блоках 300-800 МВт на канско-ачинских углях для снижения образования оксидов азота целесообразно использовать оправдавший себя на многих действующих котлах (П-67, БКЗ-500-140) принцип низкотемпературного сжигания;
• при использовании на блоках 300-500 МВт каменных углей Кузнецкого бассейна для уменьшения образования NO x , необходимо применять малотоксичные горелки и ступенчатое сжигание топлива. При сочетании этих мероприятий возможно обеспечить концентрацию NO x менее 350 мг/м3 и удовлетворить нормы на вновь вводимое оборудование ТЭС;
• при сжигании малореакционных топлив (уголь АШ и кузнецкий тощий) в котлах с жидким шлакоудалением, при наличии на электростанциях природного газа целесообразно организовывать трехступенчатое сжигание с восстановлением NO x в верхней части топки (ребенинг-процесс).

Там, где не удается с помощью технологических методов снизить концентрацию NO x до требуемого уровня, должны применяться системы азотоочистки. Перспективу промышленного применения имеют две азотоочистные технологии: селективного некаталитического восстановления и селективного каталитического восстановления оксидов азота.

Для снижения образования оксидов серы следует использовать мокрые известковые и аммиачно-сульфатные или упрощенные мокро-сухие технологии. Первые две целесообразны при приведенной сернистости топлива около 0,15 % кг/МДж, когда необходимо связывание более 90-95 % SO 2 , а упрощенная мокросухая технология (уменьшение выбросов SO 2 на 50-70 %) - при сжигании мало- и среднесернистых топлив.

Обеспечить требуемую эффективность золоулавливания (концентрация твердых частиц (золы) в дымовых газах после очистки - 50 мг/м 3) и отпуск золы потребителю на действующих ТЭС можно с помощью многопольных горизонтальных электрофильтров.

Электрофильтры со стандартным (непрерывным) режимом электропитания целесообразно применять для улавливания золы канско-ачинских и донецких углей, а с прерывистым и импульсным питанием - для улавливания золы экибастузских и кузнецких углей. Электрофильтры реконструируются так, чтобы их можно было разместить на имеющихся фундаментах. Применение микросекундного питания при улавливании золы кузнецких углей позволяет разместить аппараты в один ярус.

В результате планомерного внедрения природоохранных мероприятий на действующих котлах, которые еще останутся в эксплуатации до 2015 г., должны быть достигнуты концентрации вредных веществ, приведенные в табл. 1.5.3.

Таблица 1.5.3

Прогнозируемые достижимые максимальные концентрации вредных выбросов для действующего оборудования к 2015 г.

Выбросы (в пересчете на О 2 = 15 %)	Концентрация, мг/м 3 при О 2 = 6 %
Твердые частицы		Все виды углей
Оксиды серы		Уголь и мазут
Оксиды азота при установке котлов		Природный газ
		Бурые угли
		Каменные угли
		Тощие угли и АШ
Оксиды азота при установке ГТУ		Природный газ

*) Минимальная цифра - для для котлов тепловой мощностью более 500 МВт, максимальная -менее 100 МВт.

Решение экологических проблем ТЭС для действующего парка электростанций существенно отличается от мер, применяемых для вновь сооружаемых электростанций.

В табл. 1.5.4 содержатся прогнозируемые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России до 2030 г. Для их достижения необходимо совершенствовать известные в настоящее время газоочистные технологии и создавать новые, более эффективные. Прогноз использования этих технологий до 2030 г. приведен в табл. 1.5.5.

Таблица 1.5.4

Достижимые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России

Показатель
Степень улавливания SO 2 , %
Концентрация оксидов азота (О 2 = 6 %), мг/м 3
Твердые частицы, мг/м 3		20¸30; ограничение по содержанию частиц размером менее 10 мкм (РМ-10)	5¸10; ограничение по содержанию частиц размером менее 2,5 мкм (РМ 2,5)
Степень улавливания ртути (тяжелых металлов), %
Использование золошлаковых отходов, %

Вновь строящиеся угольные энергоблоки необходимо оснащать полным набором природоохранного оборудования, включая установки для очистки дымовых газов от твердых частиц, оксидов серы (SO 2) и оксидов азота (NO x).

В качестве золоуловителей на новых котлах должны использоваться многопольные электрофильтры, которые способны обеспечить сегодняшние нормы по допустимым выбросам в атмосферу (массовые концентрации золы в дымовых газах после очистки 30- 50 мг/м 3).

Дополнительный эффект при сжигании кузнецких и экибастузских углей может быть получен при снижении температуры и кондиционировании дымовых газов.

Для использования сложного оборудования в стесненных условиях может применяться двухзонный электрофильтр. Перспективными для использования в энергетике являются комбинированные золоулавливающие аппараты (электрофильтр плюс рукавный фильтр, электрофильтр плюс водяной аппарат для улавливания в том числе и мелких частиц).

Для успешного решения проблемы утилизации золошлаковых материалов и нанесения минимального экологического ущерба окружающей среде при разработке систем золошлакоудаления для новых угольных ТЭС должны быть заложены конструктивные решения, направленные на раздельное удаление золы и шлака. Необходимо предусмотреть возможность 100%-го сбора и отгрузки сухой золы (в том числе - по группам фракций), а также максимальную механизацию и автоматизацию всех технологических процессов.

Обязательным элементом новых угольных энергоблоков, как уже отмечалось ранее, должны стать установки сероочистки дымовых газов . В настоящее время на зарубежных ТЭС наиболее распространены мокрые известняковые сероочистки, снижающие выбросы SO 2 в среднем на 95 %. На новых российских энергоблоках при сжигании высокосернистых углей для обеспечения принятых и перспективных норм по допустимым выбросам SO 2 необходимо будет использовать такие же схемы или уже внедренную на Дорогобужской ТЭЦ аммиачно-сульфатную технологию сероочистки.

При сжигании средне- и малосернистых топлив (к которым относится большинство угольных месторождений в России, включая угли Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов) достаточно эффективной является менее капиталоемкая упрощенная мокросухая технология сероочистки. В настоящее время исследуются новые технологии сероочисток с более эффективными сорбентами, позволяющими решать проблемы удаления вредных веществ комплексно (в том числе - и тяжелых металлов).

Снижение выбросов оксидов азота при сооружении ПГУ, так и при установке мощных пылеугольных котлов осуществляется за счет следующих технологических решений. Нормативные выбросы NO x при сжигании природного газа в ГТУ могут быть обеспечены путем использования «сухих» камер сгорания последнего поколения. Вероятно, для энергоблоков с ПГУ не потребуется установка азотоочистки выбрасываемых в атмосферу дымовых газов. Сложнее обстоит дело с пылеугольными котлами мощных энергоблоков. Разработанные и проверенные в промышленности технологические методы позволяют в настоящее время уложиться в отечественные нормы по допустимым выбросам NO x только при сжигании бурых углей, а также каменных углей марок Д и Г. Для других каменных углей, и особенно для антрацитов, задача может быть решена только в результате установки за котлом каталитического реактора и восстановления образовавшихся оксидов азота путем подачи в газовый тракт аминосодержащих реагентов (аммиачной воды или мочевины).

В перспективе, учитывая необходимость приближения отечественных норм к европейским (где концентрация NO x в дымовых газах за угольным котлом не должна превышать 200 мг/м 3 при 6 % O 2), придется, очевидно, применить на новых пылеугольных котлах не только комплекс технологических методов (малотоксичные горелки, различные варианты двух- и трехступенчатого сжигания), но и системы азотоочистки дымовых газов от NO x . Не исключено, что в ближайшие годы появятся новые технологии очистки дымовых газов от NO x . Например, при установке на новом блоке мокроизвестняковой системы сероочистки, значительное (до 90 %) снижение выбросов NO x можно будет обеспечить путем вдувания элементарного фосфора P 4 в газоход перед скруббером при температуре 121-280 °С.

В области технологий улавливания субмикронных твердых частиц введение вышеназванных требований означает необходимость добавления к сухим электрофильтрам новых аппаратов, позволяющих более эффективно (при приемлемых затратах) улавливать субмикронные частицы: рукавных фильтров, гибридных аппаратов, состоящих из ступени электроочистки и ступени фильтрации, и даже мокрых электрофильтров. Применение перечисленных новых технологий помимо субмикронных твердых частиц позволяет улавливать еще и ртуть, а также ее соединения. Все это необходимо будет учитывать при выборе газоочистного оборудования, поскольку в промышленно развитых странах уже в настоящее время уделяется большое внимание уменьшению выбросов ртути с дымовыми газами ТЭС.

Таблица 1.5.5.

Перспективные технологии по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ТЭС

Наименова­ние загряз­няю­щих веществ	До2010г.
Технология, ее эффективность
Оксиды азота	Технологические методы
	для котлов на угле - 30÷50 %; для ПГУ на природном газе - 50 мг/м 3	для котлов на угле - 40÷60 %; для ПГУ - 20÷30 мг/м 3	для котлов на угле - 50÷70 %; для ПГУ - 10÷15 мг/м 3
	СНКВ - 30÷50 %	СНКВ-М - 50÷80 %	СКВ - 90÷95 %
	СКВ - 70÷80 %	СКВ - 80÷90 %
Оксиды серы	Малосернистые топлива
	Использование мокрых золоуловителей η = 30÷60 %; упрощенная мокросухая технология - η = = 50÷60 %	Мокрая известняковая (известковая) технология η = 80÷90 %	Мокрая известняковая (известковая) технология η = 90÷95 %
	Сернистые топлива
	Мокрые (известняковая, аммиачно-сульфатная, сульфатно-магниевая) технологии
	η SO2 = 90÷95 %	η SO2 = 95÷98 %
	Мокросухая технология с циркулирующей инертной массой η SO2 = 90 %	Мокросухая технология с ЦКС η SO2 = 92÷95 %	Аммиачно-циклическая технология η SO2 = 99 %
			Мокрые технологии с новыми эффективными сорбентами η SO2 = 99 %
Зольные частицы	Электрофильтры η = 98 %; Модернизированные мокрые золоуловители η > 95 %	Электрофильтры η = 98÷99 %; Рукавные фильтры η = 98÷99 %; Комбинированные сухие аппараты (электрофильтр + тканевый фильтр) η = 99,0 %	Электрофильтры η > 99,5 %; Мокрые электрофильтры η > 99,5 %; Сухие гибридные аппараты η > 99,5 %; Комплексная очистка в мокрых ЭФ с импульсным электропитанием
Ртуть (тяжелые металлы)		Ввод сорбентов (активированный уголь и др.) перед электрофильтром; η = 50÷60 %	Ввод галогеносодержащих сорбентов в газовый тракт + сероочистка; η = 90÷95 %
	Повышение экономичности энергоблоков, в т.ч. при комбинированной выработке электроэнергии и тепла	Пилотные проекты с выводом СО 2 из цикла энергоустановок и последующего его захоронения	Крупные демонстрационные установки с различными технологиями вывода из цикла и захоронения СО 2:

Основной проблемой действующих ГЭС отрасли является обязательность одновременного выполнения следующих требований:

Безусловное обеспечение выработки объемов электроэнергии, заданных диспетчерским графиком;

Соблюдение приоритетов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, судоходства, рыбного хозяйства на участках рек и водохранилищ, имеющих важное значение для сохранения и воспроизводства рыбных ресурсов, выполнение режима наполнения и сработки водохранилищ, недопущение эрозии береговой линии водохранилищ и сброса в них масел.

При этом на строящихся ГЭС необходимо своевременное решение проблем лесосводки, затопления земель, перекрытия путей миграции рыб, переселение населения из зоны затопления и др.

Применительно к объектам гидроэнергетики природоохранные меры включают в себя:

• выбор створов новых ГЭС с учетом экологического благополучия региона с обеспечением приоритета сохранения биоразнообразия и охраны особо охраняемых природных территорий при проектировании и размещении новых ГЭС;
• обеспечение полной и своевременной компенсации ущерба водным биологическим ресурсам;
• проведение мелиоративных работ и обвалование мелководных зон водохранилищ для комплексного (сельскохозяйственного и рыбохозяйственного) их использования;
• строительство компенсационных рыбохозяйственных объектов, рыбопропускных и защитных сооружений, разработка мероприятий для сохранения рыбных запасов, мест размножения и нагула, внедрение технических устройств для сохранения путей миграции рыб в целях уменьшения негативного воздействия гидроузлов на ихтиофауну;
• разработка и внедрение селективных водозаборов ГЭС, позволяющих регулировать температурный режим воды в нижнем бьефе, путем ее забора с различных глубин водохранилища и уменьшения тем самым влияния на микроклимат;
• реконструкция систем водоотведения с целью полного прекращения сбросов в водные объекты неочищенных хозбытовых стоков;
• применение современных материалов в различных элементах гидросилового и гидромеханического оборудования, возведение каскадов ГЭС и малых ГЭС из блок-модулей заводского изготовления с использованием наплавной технологии;
• использование рабочих колес, исключающих протечки экологически опасных жидкостей в проточную часть;
• применение самосмазывающихся материалов в узлах трения механизмов кинематики (без использования масел);
• организация обеспечения комфортным жильем населения, переселяемого из зон затопления.

1.5.3. Проблема эмиссии парниковых газов

Весьма острая экологическая проблема для энергетиков, связанная с использованием органического топлива, - выбросы в атмосферу основного парникового газа - CO 2 . В ЕС уже сейчас введены платежи за повышенные выбросы СО 2 на тепловых электростанциях.

Эффективным, в т.ч. и с точки зрения уменьшения выбросов CO 2 , является совершенствование процессов производства энергии на ТЭС на основе:

• внедрения угольных энергоблоков на сверхкритические (к.п.д.=41 %) и суперкритические (к.п.д.=46 %) параметры пара;
• внедрения парогазовых установок (к.п.д.=55-60 %);
• применения котлов с циркулирующим кипящим слоем при сжигании низкосортных топлив;
• применения топлив с повышенной теплотворностью и природного газа;
• использования технологий сжигания топлива, использующих кислород.

Процесс секвестрации углекислоты, образующейся при сжигании органического топлива, состоит из трех основных звеньев: улавливания, транспортировки и захоронения.

Процесс улавливания углекислоты может быть организован либо после сжигания топлива (улавливание из дымовых газов), либо до его сжигания (удаление СО 2 в процессе газификации топлива).

При улавливании углекислоты могут применяться различные физические или химические методы: криогенное отделение, мембранная сепарация, физическая адсорбция или химическая абсорбция. В перспективе возможно промышленное применение нетрадиционных методы снижения эмиссии СО 2: сжигание топлива в химическом цикле, сухая регенеративная адсорбция и др.

Важным перспективным направлением снижения эмиссии CO 2 является его захоронение в земных полостях методами:

• использования пористых структур;
• использования резервуаров в солях;
• закачки в действующие нефтяные пласты.

Наилучших результатов при новом строительстве можно ожидать от энергоблоков ПГУ с газификацией угля. Технологически такие установки допускают получение избыточного водорода для использования его в технологических процессах или в качестве топлива для топливных элементов (аналогичные ПГУ мощностью до 500 МВт (но без сепарации и вывода CO 2) уже эксплуатируются на электростанциях, обслуживающих нефтеперерабатывающие заводы. Сырьем для них служат тяжелые нефтяные остатки, а их продукция - электрическая энергия, тепло в виде пара и водород, который используется в процессах нефтепереработки).

Введение. Энергия - проблемы роста потребления

Энергетический кризис - явление, возникающее, когда спрос на энергоносители значительно выше их предложения. Его причины могут находиться в области логистики, политики или физического дефицита.

Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продол-жительности и улучшения условий его жизни.
История цивилизации - история изобретения все новых и новых методов преобразования энергии, освоения ее новых источников и в конечном итоге увеличения энергопотребления.
Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ. Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека. Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий труда, развитием кузнечного производства. К XV веку средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек. Особенно заметное увеличение мирового потребления энергии произошло за последние 200 лет, прошедшие с начала индустриальной эпохи, - оно возросло в 30 раз и достигло в 1998 г. 13.7 Гигатонн условного топлива в год. Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек.
В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей.
В то же время энергетика - один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. Она влияет на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), гидросферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение ландшафта, выбросы токсичных веществ).
Несмотря на отмеченные факторы отрицательного воздействия энергетики на окружающую среду, рост потребления энергии не вызывал особой тревоги у широкой общественности. Так продолжалось до середины 70-х годов, когда в руках специалистов оказались многочисленные данные, свидетельствующие о сильном антропогенном давлении на климатическую систему, что таит угрозу глобальной катастрофы при неконтролируемом росте энергопотребления. С тех пор ни одна другая научная проблема не привлекает такого пристального внимания, как проблема настоящих, а в особенности предстоящих изменений климата.
Считается, что одной из главных причин этого изменения является энергетика. Под энергетикой при этом понимается любая область человеческой деятельности, связанная с производством и потреблением энергии. Значительная часть энергетики обеспечивается потреблением энергии, освобождающейся при сжигании органического ископаемого топлива (нефти, угля и газа), что, в свою очередь, приводит к выбросу в атмосферу огромного количества загрязняющих веществ.
Такой упрощенный подход уже наносит реальный вред мировой экономике и может нанести смертельный удар по экономике тех стран, которые еще не достигли необходимого для завершения индустриальной стадии развития уровня потребления энергии, в том числе России. В действительности все обстоит гораздо сложнее. Помимо парникового эффекта, ответственность за который, частично лежит на энергетике, на климат планеты оказывает влияние ряд естественных причин, к числу важнейших из которых относятся солнечная активность, вулканическая деятельность, параметры орбиты Земли, автоколебания в системе атмосфера-океан. Корректный анализ проблемы возможен лишь с учетом всех факторов, при этом, разумеется, необходимо внести ясность в вопрос, как будет вести себя мировое энергопотребление в ближайшем будущем, действительно ли человечеству следует установить жесткие самоограничения в потреблении энергии с тем, чтобы избежать катастрофы глобального потепления.

Современные тенденции развития энергетики

Общепринятая классификация подразделяет источники первичной энергии на коммерческие и некоммерческие .
Коммерческие источники энергии включают в себя твердые (каменный и бурый уголь, торф, горючие сланцы, битуминозные пески), жидкие (нефть и газовый конденсат), газообразные (природный газ) виды топлива и первичное электричество (электроэнергия, произведенная на ядерных, гидро-, ветровых, геотермальных, солнечных, приливных и волновых станциях).
К некоммерческим относят все остальные источники энергии (дрова, сельскохозяйственные и промышленные отходы, мускульная сила рабочего скота и собственно человека).
Мировая энергетика в целом на протяжении всей индустриальной фазы развития общества основана преимущественно на коммерческих энергоресурсах (около 90% общего потребления энергии). Хотя следует отметить, что существует целая группа стран (экваториальная зона Африки, Юго-Восточная Азия), многочисленное население которых поддерживает свое существование почти исключительно за счет некоммерческих источников энергии.
Различного рода прогнозы потребления энергии, базирующиеся на данных за последние 50-60 лет предполагают, что примерно до 2025 г. ожидается сохранение современного умеренного темпа роста мирового потребления энергии - около 1.5% в год и проявившая себя в последние 20 лет стабилизация мирового душевого потребления на уровне 2.3-2.4 т усл.топл./(чел.-год). После 2030 г. по прогнозу начнется медленное снижение среднемирового уровня душевого потребления энергии к 2100 г. При этом общее потребление энергии обнаруживает явную тенденцию к стабилизации после 2050 г. и даже слабого уменьшения к концу века.
Одним из важнейших факторов, учитывавшихся при разработке прогноза, является обеспеченность ресурсами мировой энергетики, базирующейся на сжигании ископаемого органического топлива.
В рамках рассматриваемого прогноза, безусловно, относящегося к категории умеренных по абсолютным цифрам потребления энергии, исчерпание разведанных извлекаемых запасов нефти и газа наступит не ранее 2050 г., а с учетом дополнительных извлекаемых ресурсов - после 2100 г. Если принять во внимание, что разведанные извлекаемые запасы угля значительно превосходят запасы нефти и газа, вместе взятые, то можно утверждать, что развитие мировой энергетики по данному сценарию обеспечено в ресурсном отношении более чем на столетие.
Вместе с тем, результаты прогнозов дают значительный разброс, что хорошо видно из подборки некоторых опубликованных данных прогнозов на 2000 г.

Таблица 5.7. Некоторые недавние прогнозы энергопотребления на 2000 г.
(в скобках - год публикации) и его действительное значение.

Прогностический центр	Потребление первичной энергии, Гт усл.топл./год
Институт атомной энергии (1987)	21.2
Международный институт прикладного системного анализа (IIASA) (1981)	20.0
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) (1981)	18.7
Окриджская национальная лаборатория (ORNL) (1985)	18.3
Международная комиссия по изменению климата (IPCC) (1992)	15.9
Лаборатория глобальных проблем энергетики ИБРАЭ РАН-МЭИ (1990)	14.5
Действительное энергопотребление	14.3

Уменьшение энергопотребления по отношению к прогнозируемому связаны, прежде всего, с переходом от экстенсивных путей ее развития, от энергетической эйфории к энергетической политике, основанной на повышении эффективности использования энергии и всемерной ее экономии.
Поводом для этих изменений стали энергетические кризисы 1973 и 1979 годов, стабилизация запасов ископаемых топлив и удорожание их добычи, желание уменьшить обусловленную экспортом энергоресурсов зависимость экономики от политической нестабильности в мире.

Вместе с тем, говоря о потреблении энергии, следует отметить, что в постиндустриальном обществе должна быть решена еще одна основополагающая задача - стабилизация численности населения.
Современное общество, не решившее эту проблему или, по крайней мере, не предпринимающее усилий для ее решения, не может считаться ни развитым, ни цивилизованным, поскольку совершенно очевидно, что бесконтрольный рост населения ставит непосредственную угрозу существования человека как биологического вида.
Итак, потребление энергии на душу населения в мире обнаруживает явную тенденцию к стабилизации. Следует отметить, что этот процесс начался еще около 25 лет тому назад, т.е. задолго до нынешних спекуляций на глобальном изменении климата. Такое явление в мирное время наблюдается впервые с начала индустриальной эпохи и связано с массовым переходом стран мира в новую, постиндустриальную стадию развития, в которой потребление энергии на душу населения остается постоянным. Указанный факт имеет весьма важное значение, поскольку в результате и величина общего потребления энергии в мире растет гораздо более медленными темпами. Можно утверждать, что серьезное замедление темпов роста энергопотребления оказалось полной неожиданностью для многих прогнозистов.

Кризис топливных ресурсов

В начале 70-х годов страницы газет запестрели заголовками: «Энергетический кризис!», «Надолго ли хватит органического топлива?», «Конец нефтяного века!», «Энергетический хаос». Этой теме до сих пор большое внимание уделяют все средства массовой информации - печать, радио, телевидение. Основания для такой тревоги есть, ибо человечество вступило в сложный и достаточно долгий период мощного развития своей энергетической базы. Поэтому следуете просто расходовать известные сегодня запасы топлива, но расширяя масштабы современной энергетики, отыскивать новые источники энергии и развивать новые способы её преобразования.
Прогнозов о развитии энергетики сейчас очень много. Тем не менее, несмотря на улучшившуюся методику прогнозирования, специалисты, занимающиеся прогнозами, не застрахованы от просчетов, и не имеют достаточных оснований говорить о большой точности своих прогнозов для такого временного интервала, каким являются 40-50 лет.
Человек всегда будет стремиться обладать как можно большим количеством энергии, обеспечивающим движение вперед. Не всегда наука и техника дадут ему возможность получать энергию во всевозрастающих объемах. Но, как показывает историческое развитие, обязательно будут появляться новые открытия и изобретения, которые помогут человечеству сделать очередной качественный скачок и пойти к новым достижениям ещё более быстрыми шагами.
Тем не менее, пока проблема истощения энергетических ресурсов остается. Ресурсы, которыми обладает Земля, делятся на возобновляемые и невозобновляемые . К первым относятся солнечная энергия, тепло Земли, приливы океанов, леса. Они не прекратят существования, пока будут Солнце и Земля. Невозобновляемые ресурсы не восполняются природой или восполняются очень медленно, гораздо медленнее, чем их расходуют люди. Скорость образования новых горючих ископаемых в недрах Земли определить довольно трудно. В связи с этим оценки специалистов различаются более чем в 50 раз. Если даже принять самое большое это число, то все равно скорость накопления топлива в недрах Земли в тысячу раз меньше скорости его потребления. Поэтому такие ресурсы и называют невозобновляемыми. Оценка запасов и потребления основных из них приведена в табл.5.44. В таблице приведены потенциальные ресурсы. Поэтому при существующих сегодня методах добычи из них можно извлечь только около половины. Другая половина остается в недрах. Именно поэтому, часто утверждают, что запасов хватит на 120-160 лет. Большую тревогу вызывает намечающееся истощение нефти и газа, которого (по имеющимся оценкам) может хватить всего на 40-60 лет.
С углем свои проблемы. Во-первых, его транспортировка - дело весьма трудоемкое. Так в России, основные запасы угля сосредоточены на востоке, а основное потребление - в европейской части. Во-вторых, широкое использование угля связано с серьезным загрязнением атмосферы, засорением поверхности земли и ухудшением почвы.
В разных странах все перечисленные проблемы выглядят различно, но решение их почти везде было одно - внедрение атомной энергетики. Запасы уранового сырья тоже ограничены. Однако если говорить о современных тепловых реакторах усовершенствованного типа, то для них, вследствие достаточно большой их эффективности, можно считать запасы урана практически безграничными.
Так почему же люди заговорили об энергетическом кризисе, если запасов только органического топлива хватит на сотни лет, а в резерве ещё ядерное?
Весь вопрос в том, сколько оно стоит. И именно с этой стороны нужно рассматривать сейчас энергетическую проблему. в недрах земли ещё много, но их добыча Нефти, газа стоит все дороже и дороже, так как эту энергию приходится добывать из более бедных и глубоко залегающих пластов, из небогатых месторождений, открытых в необжитых, труднодоступных районах. Гораздо больше приходится и придется вкладывать средств для того, чтобы свести к минимуму экологические последствия использования органического топлива.
Атомная энергия внедряется сейчас не потому, что она обеспечена топливом на столетия и тысячелетия, а, скорее из-за экономии и сохранения на будущее нефти и газа, а также из-за возможности уменьшения экологической нагрузки на биосферу.
Существует распространенное мнение, что стоимость электроэнергии АЭС значительно ниже стоимости энергии, вырабатываемой на угольных, а в перспективе - и газовых электростанциях. Но если подробно рассмотреть весь цикл атомной энергетики (от добычи сырья до утилизации РАО, включая расходы на строительство самой АЭС), то эксплуатация АЭС и обеспечение ее безопасной работы оказываются дороже, чем строительство и работа станции такой же мощности на традиционных источниках энергии (табл.5.8 на примере экономики США).
Поэтому в последнее время все больший акцент делается на энергосберегающих технологиях и возобновляемых источниках - таких как солнце, ветер, водная стихия. Например, в Европейском союзе поставлена цель к 2010-2012 гг. получать 22% электроэнергии с помощью новых источников. В Германии, например, уже в 2001 г. энергия, производимая от возобновимых источников, была равносильна работе 8 атомных реакторов, или 3.5% всей электроэнергии.
Многие считают, что будущее принадлежит дарам Солнца. Однако, оказывается и здесь все не так просто. Пока стоимость получения электроэнергии с применением современных солнечных фотоэлектрических элементов в 100 раз выше, чем на обычных электростанциях. Однако специалисты, занимающиеся фотоэлементами, полны оптимизма, и считают, что им удастся существенно снизить их стоимость.
Точки зрения специалистов на перспективы использования возобновляемых источников энергии очень различаются. Комитет по науке и технике в Англии, проанализировав перспективы освоения таких источников энергии, пришел к выводу, что их использование на базе современных технологий пока минимум в два-четыре раза дороже строительства АЭС. Другие специалисты в различных прогнозах этим источникам энергии уже в недалеком будущем. По-видимому, источники возобновляемой энергии будут применяться в отдельных районах мира, благоприятных для их эффективного и экономичного использования, но в крайне ограниченных масштабах. Основную долю энергетических потребностей человечества должны обеспечить уголь и атомная энергетика. Правда, пока нет настолько дешевого источника, который позволил бы развивать энергетику такими быстрыми темпами, как бы этого хотелось.
Сейчас и на предстоящие десятилетия наиболее экологичным источником энергии представляются ядерные, а затем, возможно, и термоядерные редакторы. С их помощью человек и будет двигаться по ступеням технического прогресса. Будет двигаться до тех пор, пока не откроет и не освоит какой-либо другой, более удобный источник энергии.
На рис.5.38 приведен график роста мощности АЭС в мире и производства электроэнергии за 1971-2006 гг., и прогнозы развития на 2020-30 гг. Помимо упомянутых выше, несколько развивающихся стран, таких, как Индонезия, Египет, Иордания и Вьетнам, заявили о возможности создания АЭС и сделали первые шаги в этом направлении.

Рис.5.38. (наверху ) Рост мощности АЭС и производства электроэнергии за 1971-2006 гг. по данным МАГАТЭ и прогнозы мощности АЭС в Мире на 2020-2030 гг. (внизу )

Экологический кризис энергетики

Основные формы влияния энергетики на окружающую среду состоят в следующем.

1. Основной объем энергии человечество пока получает за счет использования невозобновимых ресурсов.
2. Загрязнение атмосферы: тепловой эффект, выделение в атмосферу газов и пыли.
3. 3. Загрязнение гидросферы: тепловое загрязнение водоемов, выбросы загрязняющих веществ.
4. Загрязнение литосферы при транспортировке энергоносителей и захоронении отходов, при производстве энергии.
5. Загрязнение радиоактивными и токсичными отходами окружающей среды.
6. Изменение гидрологического режима рек гидроэлектростанциями и как следствие загрязнение на территории водотока.
7. Создание электромагнитных полей вокруг линий электропередач.

Согласовать постоянный рост энергопотребления с ростом отрицательных последствий энергетики, учитывая, что в ближайшее время человечество ощутит ограниченность ископаемого топлива, можно, по-видимому, двумя способами

1. Экономия энергии. Степень влияния прогресса на экономию энергии можно продемонстрировать на примере паровых машин. Как известно, КПД паровых машин 100 лет назад составлял 3-5%, а сейчас достигает 40%. Развитие мировой экономики после энергетического кризиса 70 годов также показало, что на этом пути у человечества есть значительные резервы. Применение ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий обеспечило значительное сокращение потребления топлива и материалов в развитых странах.
2. Развитие экологически более чистых видов производства энергии. Решить проблему, вероятно, способно развитие альтернативных видов энергетики, особенно базирующихся на использовании возобновляемых источников. Однако пути реализации данного направления пока не очевидны. Пока возобновимые источники дают не более 20 % общемирового потребления энергии. Основной вклад в эти 20% дают использование биомассы и гидроэнергетика.

Экологические проблемы традиционной энергетики

Основная часть электроэнергии производится в настоящее время на тепловых электростанциях (ТЭС). Далее обычно идут гидроэлектростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС).