Načini pridobivanja električne energije: termoelektrarna (njihovo gorivo je premog, kurilno olje, plin. Viri onesnaženja so plinasti produkti zgorevanja goriva. Pri uporabi kurilnega olja se v ozračje sproščajo saje, žveplovi in ​​dušikovi oksidi ter ogljikov monoksid. .

Energetika je področje gospodarstva, ki zajema uporabo različnih virov energije, vključno s proizvodnjo, prenosom, shranjevanjem in uporabo energije. Trenutno človeštvo zadovoljuje svoje potrebe po energiji s toplotno, hidro in jedrsko energijo ter drugimi viri, tako imenovanimi alternativami. V svetovni energetski bilanci močno prevladujejo neobnovljivi viri energije.

Termoenergetika. Interakcija termoelektrarn in kotlovnic z okoljem je sestavljena iz porabe goriva, vode, atmosferskega kisika, sprememb pokrajine in različnih emisij odpadkov v vse geosfere.

Specifična poraba goriva in kisika v zraku, količina in sestava emisij so določeni z vrsto goriva in stopnjo zahtevnosti tehnologije njegovega zgorevanja. Dejanske količine in sestava emisij so odvisne od vrste in kakovosti premoga, nafte in plina, katerih parametri se razlikujejo glede na nahajališča in posamezna nahajališča, ter od tehnične opremljenosti elektrarn. Posebej pomemben dejavnik, ki vpliva na velikost specifičnih emisij, je vsebnost žvepla v premogu, nafti in naftnih derivatih. Uporaba fosilnih goriv z visoko vsebnostjo žvepla je omejena ali pogojena s predhodnim čiščenjem žveplovih spojin.Za elektrarne na premog, naftni skrilavec in šoto je pereč problem recikliranja trdnih odpadkov - žlindre in letečega pepela.

Vsebnost pepela fosilnih premogov se giblje od 4 do 45% (vsebnost pepela rjavega premoga je še posebej visoka), oljnega skrilavca - do 50%, šote - 6-10%. V sestavi trdnega pepela prevladujejo oksidi silicija (30-60%), aluminija (18-39%), železa (5-21%), kalcija (1-40%), magnezija (6-7%), kalij (0,2-3,8%), natrij (0,02-2,3%). Poleg tega je pepel premoga, skrilavca in šote v primerjavi z zemeljsko skorjo obogaten z raznolikim kompleksom mikroelementov (Be, B, Zn, Zr, Sr, Nb, Mo, itd.) Učinkovit način za reševanje tega problem je uporaba pepela in žlindre v gradbeništvu, pri proizvodnji armiranobetonskih izdelkov. To omogoča ne le izogibanje zasedenosti velikih površin s prašnimi odlagališči pepela in žlindre, temveč tudi varčevanje z naravno intenzivnimi materiali, kot sta cement in pesek. Pridobljene so izkušnje z uporabo pepela za melioracijo kislih tal. Hkrati pa je možnost določenih oblik izrabe pepela in žlindre odvisna od vsebnosti mikroelementov v njih.

Okoljsko najbolj sprejemljiva vrsta fosilnega goriva je zemeljski plin. Preklop elektrarn in kotlovnic na plinsko gorivo lahko bistveno zmanjša stopnjo onesnaženosti zraka v mestih. Trenutna stopnja razvoja svetovne energetike je dobila figurativno ime plinske pavze med pretežno premogovno energijo preteklosti in hipotetično termonuklearno energijo prihodnosti.

Termoelektrarne, ne glede na uporabljeno gorivo, potrebujejo vodo za hlajenje blokov, zato je termoenergetika največji industrijski porabnik vode. Izpust segrete vode vodi do toplotnega onesnaženja vodnih teles. V velikih elektrarnah nastajajo posebni hladilni bazeni z motenimi temperaturnimi razmerami.Hidroelektrarne ne povzročajo kemičnega ali radiacijskega onesnaženja okolja, vendar ustvarjanje akumulacij vodi do poplavljanja zemlje, aktiviranja eksogenih in včasih endogenih geodinamičnih procesov, hidroelektrarn. motijo ​​hidrološki režim rek in življenjske pogoje hidrobiontov. Posebej veliko negativnih posledic ima ustvarjanje velikih zadrževalnikov na nižinskih rekah. Jezovi in ​​akumulacije, ki jih ustvarijo, postanejo dejavniki tveganja za spodaj ležeče dele rečnih dolin.

Pomembne so tudi potencialne zmogljivosti malih hidroelektrarn. Jedrska energija se je intenzivno razvijala med letoma 1954 (zagon prve jedrske elektrarne Obninsk na svetu) in 1986 (katastrofa v jedrski elektrarni Černobil). Njegov razvoj so olajšale prednosti, kot so odsotnost rednih emisij in izpustov ter visoka transportnost jedrskega goriva. Do konca leta 1983 je delovalo 317 jedrskih elektrarn v 25 državah, 209 pa jih je bilo v gradnji. Po katastrofi v Černobilu so skoraj vse države sveta omejile svoje jedrske programe. Razlog za premislek o odnosu do jedrske energije, poleg nevarnosti katastrof zaradi tehničnih težav, napak operaterjev in terorističnih napadov, je pomanjkanje zadovoljive rešitve problematike odlaganja radioaktivnih odpadkov, konzerviranja in razgradnje jedrske energije. same rastlinske strukture, potem ko popolnoma izčrpajo svoj vir. Potreba po dodatnih stroških za izboljšanje varnosti jedrskih elektrarn in celotnega ciklusa jedrske energije spodkopava donosnost jedrske energije. Kljub temu neizogibno izčrpavanje virov goriva ne omogoča človeštvu, da bi popolnoma opustilo jedrsko energijo.

Energetska kriza nastopi, ko povpraševanje po virih energije naraste nad njihovo ponudbo. Vzroki za to krizo so na področju politike, logistike in pomanjkanja fizične energije.

Poraba energije je predpogoj za obstoj človeške družbe. Razpoložljivost energije, ki je na voljo za porabo, je glavni pogoj za zadovoljevanje človeških potreb, podaljšanje pričakovane življenjske dobe in izboljšanje njenih pogojev.

Energetika pa strateško negativno vpliva na okolje in ljudi, torej na ekologijo. Energija spreminja ozračje (poveča se poraba kisika, emisije vlage, plinov in trdnih snovi). Energija moti ritem zemeljske hidrosfere (povečuje se poraba vode, nastajajo umetni rezervoarji, odvajajo se segreta in onesnažena voda ter odpadki). Zelo prizadeta je tudi litosfera (izsušitev fosilnih goriv, ​​spreminjanje pokrajine, polnjenje zemlje s strupenimi odpadki).

Kljub zgoraj navedenim dejavnikom pa se je rast porabe energije nadaljevala in njeno nadaljevanje v družbi ni povzročalo večjih skrbi. Takšno stanje je trajalo do sredine sedemdesetih let. Takrat so znanstveniki dobili veliko podatkov, ki so kazali na zelo močan pritisk antropogeneze na podnebje. Pripravljeni so bili sklepi - ta pritisk je poln grožnje globalnih katastrof z naraščajočo porabo energije. Od takrat je ta znanstveni problem začel vzbujati verjetno največjo pozornost.

Menijo, da je bila energija eden glavnih razlogov za to spremembo. Z njim mislimo na katero koli področje človekove dejavnosti, povezano s porabo in proizvodnjo energije. Večino energije dobimo s porabo energije, ki se sprošča pri zgorevanju fosilnih goriv (premog, plin, nafta), to pa vodi v izpust velikih količin onesnaževal v zemeljsko ozračje.

Tudi tako poenostavljen pristop je škodljiv za svetovno gospodarstvo. Lahko zada hud udarec gospodarstvu držav, ki niso dosegle ravni absorpcije energije, ki bi zadostovala za dokončanje industrijske stopnje razvoja. Ruska federacija je ena od teh držav. V resnici je vse veliko bolj zapleteno. Poleg učinka tople grede, ki je med drugim nastala zaradi energije, na podnebje našega planeta vplivajo naravni vzroki. Z

Med njimi: sončna aktivnost, vulkanska aktivnost, spremembe parametrov Zemljine orbite, nihanja v sistemu ocean-atmosfera. A tukaj vsi vidiki še niso do polovice preučeni in pravilno analizo problema je mogoče doseči le z upoštevanjem vseh dejavnikov. Hkrati pa je treba nekoliko razjasniti vprašanje, kako se bo globalna poraba energije obnašala v prihodnosti in ali bo človeštvo res moralo postaviti stroge omejitve porabe energije, da bi se izognilo katastrofalnim posledicam globalnega segrevanja. .

Energija je eden najpomembnejših pogojev za obstoj biosistema. Do nedavnega, torej približno 3,5 milijarde let, je imela zemeljska biosfera dovolj energije iz Sonca. In edini človek na našem planetu, ki mu tega primanjkuje, je človek. Potrebuje dodatno energijo ne kot živ organizem, temveč v povezavi z zagotavljanjem svojih proizvodnih in gospodarskih dejavnosti ter gospodinjskih potreb. V te namene človeštvo proizvaja dve vrsti energije: toplotno in električno. V njihovo proizvodnjo je skupaj z energetiko vključenih več sorodnih sektorjev gospodarske dejavnosti. Zato okoljski problemi energije niso problemi enega področja človekove dejavnosti, temveč celotnega kompleksa. So večplastni in številni ter se pojavljajo v vseh fazah proizvodnje od rudarjenja do dostave energije končnemu potrošniku.

Trenutno se energija pridobiva iz dveh virov: obnovljivih in neobnovljivih. Prva vključuje energijo sonca, vetra in vode. Proizvodnja je v tem primeru neučinkovita, odvisna od zunanjih pogojev in povezana z velikimi stroški. Med neobnovljive vire spadajo vse vrste mineralov, katerih notranjo kemijsko energijo je mogoče pretvoriti. To so: les, šota, premog, nafta, plin in njihovi derivati. Razcepitev atoma sredi prejšnjega stoletja je omogočila pridobivanje energije iz jedrskih reakcij. Tako je nastala jedrska energija, ki je nekoliko ločena od drugih.

Proizvodnjo izvajajo številne termo, hidro in elektrarne, kompleksi, ki hkrati proizvajajo toplotno in električno energijo. Te postaje se razlikujejo po moči. Večina elektrarn je bila zgrajena s proizvodno zmogljivostjo 1000 MW. Obstajajo pa tudi majhne postaje, ki zagotavljajo energijo malim porabnikom, vse do zasebnih gospodinjstev. Jedrske elektrarne imajo ogromno moč do 8200 MW.

Okoljski problemi energetike se začnejo s črpanjem naravnih virov. Razvoj šotnih barij in krčenje gozdov, premogovniki ter naftna in plinska polja so predvsem opustošenje narave. Viri, ki jih je narava ustvarila v milijonih let, so odstranjeni iz svojih nahajališč in jih v prihodnosti ni mogoče obnoviti. Med razvojem in po njegovem zaključku ozemlja praviloma ostanejo zapuščena. Melioracija tal se ne izvaja, drevesa se ne sadijo namesto posekanih. Ekosistemi propadajo in odmirajo.

Prevoz pridobljenih mineralov do krajev njihove uporabe poteka po naravnih prometnih koridorjih - rekah, morjih in oceanih ali po cevovodih, železnicah in transportnih avtocestah, ki so posebej ustvarjene za ta namen. Nesreče, razlitja, emisije, poplave, odpadki in še veliko več onesnažuje območja, skozi katera poteka prevoz.

Postaje, njihove vrste in problemi

Okoljski problemi sodobne energetike so tudi zahteve po tehničnih in konstrukcijskih standardih za postavitev postaj za proizvodnjo električne energije in toplote.

Hidroelektrarne. Sposobnost pridobivanja energije z uporabo vode ustvarja potrebo po ustvarjanju dodatnih hidravličnih struktur. Kaskade jezov in rezervoarjev, zgrajenih na rekah, povzročajo motnje v njihovi izmenjavi vode. Potreba po ustvarjanju rezervoarjev za delovanje hidroelektrarn ne vodi le do poplavljanja velikih območij, ampak tudi bistveno vpliva na vodostaj reke in večine njenih pritokov. Gladina rek se praviloma dvigne, vendar se pritoki plitvijo in rečne žile izginejo. Regulacija vodostaja negativno vpliva tudi na ekosistem vodnega bazena. Hitro praznjenje in znižanje gladine ter nato dvig vode povzroči uničenje tal, izpiranje rodovitne plasti in smrt območij drstitve rib. Najbolj ilustrativen primer uničujočega vpliva hidravličnih objektov na vodni bazen in okoliško naravo je Kaspijsko morje. Po začetku delovanja kompleksa jezov se je nivo vode v morju spremenil, izmenjava kisika je postala drugačna, zmanjšala se je tudi oskrba s hranili. Negativne posledice so postale tako ogrožajoče za obstoj morskega biosistema kot celote, da je bilo treba prilagoditi zasnovo jezu.

Rezervoarji, ustvarjeni na območju termoelektrarn, služijo za izpust tehnološke vode. Ti odpadki sami po sebi nimajo pomembnega onesnaženja, predstavljajo pa še eno nevarnost za okolje, imajo povišano temperaturo. Posledično se spremeni ne le temperaturni režim vodnega telesa, temveč tudi podnebne razmere na sosednjem ozemlju. Pri rastlinah in živalih prihaja do sprememb in mutacij.

Termoelektrarne in elektrarne delujejo na različne vrste goriva: trdno, tekoče ali plinasto. Ne glede na vrsto goriva, ki ga uporabljajo postaje, postaje pokurijo na tisoče kubičnih metrov kisika in v ozračje izpustijo enako velike količine pepela, produktov zgorevanja in plinov, ki vsebujejo onesnaževala. Te snovi vstopijo v zemljo in vodo ne le neposredno v bližini postaje, ampak se širijo tudi po zraku na znatne razdalje.

Atomsko

Razcepitev atoma je človeštvu dala dodatne energetske vire in priložnosti ter s tem nove težave. Okoljski problemi jedrske energije so posebne narave. V tej dokaj novi industriji obstajajo težave, ki so značilne za celotno področje. V procesu pridobivanja surovin se uniči ekologija krajev, kjer jih najdemo. Rezervoarji v bližini postaj, namenjeni odvajanju hladilne vode, prav tako tvorijo mikroklimo, nenavadno za to naravno območje. Obstajajo tudi pozitivni vidiki - praktično ni emisij, značilnih za postaje, ki delujejo na principu gorenja surovin. V jedrski energiji so okoljski problemi odložene narave. Povezani so s proizvodnjo goriva za te postaje in skladiščenjem izrabljenega goriva.

Glavni argument v prid širitvi proizvodnje jedrske energije je njena nizka cena. Poleg tega lahko države, ki nimajo potrebnih surovin, na svojem ozemlju postavijo jedrske elektrarne. Jedrska energija je edini izhod za države, katerih črevesje nima surovin za druge vrste postaj. Pa je jedrska energija res tako poceni? Če stroškom surovin, postaje in proizvodnega procesa prištejemo še stroške odlaganja in skladiščenja izrabljenega goriva, sredstva, porabljena za odpravo različnih vrst okvar, nesreč in nesreč ter njihovih posledic. Zneski, potrebni za zdravljenje udeležencev pri likvidaciji teh nesreč, njihovih otrok, onesnažene narave ipd.

Prva jedrska elektrarna je bila zgrajena v ZSSR leta 1954. 32 let pozneje se je zgodila nesreča na černobilski postaji, še 25 let kasneje pa na postaji Fukušima. Lahko rečemo, da sta v več kot 60 letih samo dve nesreči ali pa da se nesreče zgodijo vsakih 25-30 let. Ne glede na to, kako vodite statistiko, v vsakem primeru traja od 30 do 1000 let, da se obnovi naravno okolje, poškodovano zaradi sevanja. Okoljski problemi jedrske energije so dobili resno pozornost šele po letu 1986, ko je prišlo do nesreče v jedrski elektrarni Černobil. Ta reakcija je bila podobna paniki. Številne države po svetu so popolnoma opustile gradnjo jedrskih reaktorjev na svojem ozemlju. Toda ekonomija navaja svoje argumente in trenutna varnost jedrske proizvodnje je večkrat višja od drugih vrst energije.

Okoljski problemi jedrske energije niso samo problemi »miroljubnega« atoma. To je tudi flota, vključno predvsem z vojaško, in orožje. Kakšna presenečenja lahko pričakujemo s te strani - nihče ne ve?

Video - Jedrska energija in njena alternativa

1.5.1. Okoljski vidik proizvodnje in prenosa električne energije

Proizvodnja električne energije ima negativne vplive na okolje. Energetski objekti so po stopnji vpliva med tistimi, ki najintenzivneje vplivajo na okolje planeta. Elektroenergetski objekti, predvsem termoelektrarne, vplivajo na atmosferski zrak z emisijami onesnaževal, na naravne vode pa z izpusti onesnažene odpadne vode v vodna telesa, izkoriščajo znatno količino vodnih in zemeljskih virov ter onesnažujejo okolico s pepelom in žlindro. odpadki. Obseg tega vpliva v Rusiji je podrobneje opisan v 11.8. Prenos električne energije po daljnovodih je okolju prijazen v primerjavi s transportom različnih vrst goriv in njihovim črpanjem po cevovodnih sistemih.

Na sedanji stopnji je problem interakcije med energetskimi objekti in okoljem dobil nove značilnosti, ki vplivajo na velika ozemlja, reke in jezera, ozračje in hidrosfero Zemlje. Večji obsegi porabe energije v doglednem času določajo nadaljnjo širitev območja vpliva na vse sestavine okolja v svetovnem merilu.

Z rastjo enotskih zmogljivosti blokov, elektrarn in energetskih sistemov, specifične in skupne rabe energije se je pojavila naloga omejevanja emisij onesnaževal v zračne in vodne bazene ter popolnejšega izkoriščanja njihove naravne disipativne sposobnosti. Prej so pri izbiri načinov pridobivanja električne in toplotne energije, načinov za celovito reševanje problemov energetike, upravljanja z vodo, prometa in določanja osnovnih parametrov objektov (vrsta in moč postaje, prostornina rezervoarja itd.) vodila predvsem minimizacija ekonomskih stroškov. Trenutno so v ospredju vprašanja ocenjevanja možnih posledic gradnje in obratovanja energetskih objektov na okolje.

Običajno je razlikovati med tremi stopnjami okoljskih omejitev:

• lokalni - standardi za absolutne in specifične okoljske kazalnike učinkovitosti energetskega podjetja;
• regionalne - omejitve čezmejnih tokov emisij SO 2 in NO x iz energetskih podjetij, ki se nahajajo na evropskem ozemlju Rusije;
• globalni ravni - omejitve bruto izpustov toplogrednih plinov (CO 2).

Klasifikacija izpustov toplogrednih plinov kot okoljskega problema je bila vedno sporna, saj CO 2 ni onesnaževalec okolja. Obstajajo naravne in antropogene emisije. Vpliv antropogenih emisij na globalno segrevanje in dejansko dejstvo globalnega segrevanja samo je povzročilo veliko polemik. V letih 2005–2006 Delo Medvladnega foruma o podnebnih spremembah je prepričljivo dokazalo dejstvo globalnega segrevanja in njegovo odvisnost od antropogenih emisij CO 2 .

Izvajanje Okvirne konvencije ZN o spremembi podnebja in njenega Kjotskega protokola (to vprašanje je obravnavano v 11.8) je v številnih državah pripeljalo do oblikovanja sistemov za upravljanje omejitev emisij CO2, ki temeljijo na kombinaciji vladnih odločitev o velikosti omejitve in zmanjšanja ter trgi za zmanjšanje CO2. Lahko rečemo, da se v svetu oblikuje globalni sistem za obvladovanje procesa zmanjševanja antropogenih izpustov toplogrednih plinov.

Boj proti globalnim podnebnim spremembam vse bolj vpliva na gospodarske politike držav. Ta boj postaja eden najpomembnejših družbenih ciljev ekonomske politike, ki določa njen razvoj v smeri inovativnega gospodarstva in odmika od naravnanosti, ki temelji na virih.

Zato je problem omejevanja emisij toplogrednih plinov postal samostojno predmetno področje, ki je zelo tesno povezano z okoljsko politiko, vendar se od nje še vedno razlikuje po globalnem pristopu, kompleksnosti in raznolikosti orodij za reševanje problemov. Ta komplet orodij vključuje uporabo posebnih modelov za globalno modeliranje možnosti za razvoj gospodarskega in energetskega kompleksa na dolgi rok. Najbolj znani med njimi so modelni kompleks MARKAL in njegova izboljšana različica TIMES, razvita pod okriljem Mednarodne agencije za energijo (IEA) in uporabljena v številnih državah po svetu. Zbirka orodij za omejevanje in zmanjševanje izpustov toplogrednih plinov vključuje nabor ukrepov za izboljšanje energetske učinkovitosti gospodarstva, uporabo najboljših obstoječih in nastajajočih tehnologij za proizvodnjo in porabo energije, uvedbo pristojbin za izpuste toplogrednih plinov in trg. mehanizme za trgovanje z zmanjšanjem emisij CO 2 .

Za razliko od problematike toplogrednih plinov so tradicionalni okoljski problemi pretežno lokalne in regionalne narave.

Ustanovitev novih proizvodnih podjetij v elektrogospodarstvu ter možnosti povezovanja domačega in tujih trgov z električno energijo določajo pomen razvoja nove okoljske politike na področju elektroenergetike. Njegov glavni cilj je ustvariti pogoje in razviti sistem ukrepov za zagotavljanje zanesljive in okolju prijazne proizvodnje, transporta in distribucije energije v skladu z normativi in ​​zahtevami okoljske zakonodaje.

Pri oblikovanju okoljske politike v elektroenergetiki je treba upoštevati neizogiben prehod nacionalne zakonodaje na načelo uporabe najboljših obstoječih tehnologij in uvedbo tehničnih standardov za dopustne emisije in izpuste snovi v okolje.

Prednostna področja za uporabo najboljših obstoječih tehnologij v elektroenergetiki (razen jedrske) določa koncept tehnične politike RAO UES Rusije. Ta dokument predstavlja najnaprednejše tehnične rešitve in označuje najboljše obstoječe tehnologije, ki jih je treba uporabiti pri načrtovanju, obratovanju, rekonstrukciji in izgradnji energetskih podjetij.

Upoštevati je treba, da je uvedba obetavnih tehnologij v elektroenergetiki, vključno z uporabo parno-plinskih tehnologij in tehnologije s krožno zvrtinčeno plastjo v termoelektrarnah, v številnih primerih (v industrijskih središčih in drugih mestih s povečano antropogene obremenitve okolja, pa tudi v bližini posebej zavarovanih naravnih območij) še zdaleč ni vedno v skladu z zahtevo po zagotavljanju strogih okoljskih standardov kakovosti. V tem primeru je treba uvesti posebne okoljske ukrepe.

1.5.2. Značilnosti okoljskih problemov termoelektrarn in hidroelektrarn, načini njihovega reševanja.

O okoljskih vprašanjih termoelektrarne ki uporabljajo fosilna goriva za pridobivanje električne in toplotne energije, vključujejo emisije dušikovih oksidov, žveplovega dioksida, trdnih delcev, pa tudi emisije CO2 v ozračje, izpuste onesnaževal v vodna telesa, prisotnost velike količine odpadnega pepela in žlindre. in nizko stopnjo njihove koristne uporabe.

Žveplovi oksidi in dušikovi oksidi predstavlja resen okoljski problem. Z naraščanjem koncentracij teh onesnaževal se povečuje število obolenj dihalnih poti, predvsem med starejšimi ljudmi. Poleg žveplovih in dušikovih oksidov so za zdravje ljudi nevarni tudi kisli aerosolni delci, ki vsebujejo sulfate ali žveplovo kislino (njihova stopnja nevarnosti je odvisna od velikosti: prah in večji aerosolni delci se zadržujejo v zgornjih dihalnih poteh, majhni (manj kot 1 mikrona) lahko kapljice ali delci prodrejo do najbolj oddaljenih delov pljuč (stopnja škodljivih učinkov je sorazmerna s koncentracijo onesnaževal).

Prav tako kot posledica reakcije med vodo in žveplovimi (SO2) in dušikovimi oksidi (NOx) nastaja kisli dež (sproščeni žveplov dioksid in dušikovi oksidi se v zemeljski atmosferi spremenijo v kislotvorne delce, ki reagirajo z atmosferskimi voda, jo spremeni v kisle raztopine, ki padajo kot kisli dež). Kisli dež ogroža obstoj biosfere in človeka samega, je eden od vzrokov umiranja življenja v vodnih telesih, gozdovih, posevkih in vegetaciji, pospešuje uničevanje zgradb in kulturnih spomenikov, cevovodov ter zmanjšuje rodovitnost tal. .

Trdni delci- leteči pepel iz termoelektrarn v ozračje (v količini več kot 3 milijone ton na leto) negativno vpliva tudi na dihala ljudi in živali, gozdna zemljišča in vodna telesa.

Pepel in žlindra- odpadni pepel in žlindra iz termoelektrarn na premog, odložen na odlagališčih pepela, ki zasedajo že več kot 22 tisoč hektarjev površin. Odstranjevanje in uporaba odpadnega pepela in žlindre je eden glavnih okoljskih problemov termoelektrarn na premog. Sedanja praksa uporabe hidravličnega odstranjevanja pepela z naknadnim skladiščenjem odpadnega pepela in žlindre ne izpolnjuje prihodnjih zahtev in ne omogoča učinkovite uporabe materialov iz pepela in žlindre v gradbeništvu, kar vodi v povečanje kopičenja pepela in žlindre v odlagališča za 25-30 milijonov ton na leto.

Izpusti onesnaževal v vodna telesa ne sme preseči asimilacijske zmogljivosti vodnih teles (zmožnost sprejemanja določene mase snovi na časovno enoto, ne da bi pri tem kršili standarde kakovosti vode na nadzorovanem mestu ali mestu uporabe vode), ki se uporabljajo za oskrbo s pitno in gospodinjsko vodo, za ribolov in drugo. namene.

Emisije CO2: Ruska elektroenergetika predstavlja približno četrtino toplogrednih plinov, ki jih izpustijo industrijski stacionarni viri. V kontekstu nenehne pozornosti mednarodnih in ruskih organizacij vprašanju podnebnih sprememb mora elektroindustrija strogo nadzorovati ravni lastnih emisij CO2.

Okoljski problemi termoelektrarn na premog so veliko bolj izraziti kot pri plinskih elektrarnah. O tem pričajo podatki v tabeli 1.5.1.

Tabela 1.5.1

Emisije onesnaževal v termoelektrarnah pri proizvodnji 1 MWh(pri kurjenju premoga in plina)

	Emisije onesnaževal, kg/MWh

Zato je glavna pozornost pri razvoju okoljskih tehnologij namenjena termoelektrarnam na premog.

Kot je prikazano v odstavku 1.4, tehnična raven ruske elektroenergetike v številnih podsektorjih in vrstah proizvodnje zaostaja za svetovnimi standardi. Brez uvedbe nove in posodobitve obstoječe opreme za varstvo okolja v obstoječih ruskih termoelektrarnah pri nazivni obremenitvi se lahko do leta 2015 presežejo najvišje dovoljene emisije (NDP): za trdne delce pepela - pri 50% termoelektrarn, za dušikove okside - pri 44 % termoelektrarn, za žveplove okside - pri 25 % termoelektrarn.

Seznam rešitev okoljskih problemov v delujočih termoelektrarnah vključuje tehnološke metode za zatiranje dušikovih oksidov in uvedbo sistemov za čiščenje dušika, posebne naprave za razžveplanje, visoko učinkovite zbiralnike pepela, napredne tehnologije za čiščenje vode ter odlaganje pepela in žlindre. Na splošno je treba za termoelektrarne uporabiti diferenciran pristop, odvisno od vrste goriva, moči in življenjske dobe opreme:

• kotlovnice z zmanjšanimi parametri (9 MPa/510 °C in 2,9 MPa/420 °C) in zagnane že v 50. letih prejšnjega stoletja. prejšnjega stoletja je treba odstraniti takoj, ko bo mogoče potrošnikom zagotoviti toplotno in električno energijo iz drugih virov;
• na kotlih, ki bodo dlje časa delovali na trda in plinsko olje, izvesti sklop ukrepov za zmanjšanje emisij NO x v ozračje (tabela 1.5.2). V večini primerov lahko te ukrepe izvajajo servisna podjetja na račun rahlega povečanja stroškov in časa večjih popravil;

na isti skupini opreme (kotli na premog v prahu s parametri pare 13,8 MPa s preostalo življenjsko dobo več kot 10 let) je treba izvesti nizkocenovne ukrepe za povečanje učinkovitosti zbiranja pepela in (pri kurjenje premoga z visoko vsebnostjo žvepla) poenostavljene sheme razžveplanja.

Tabela 1.5.2

Načini za zmanjšanje emisij NO x za obstoječe kotle z dolgim ​​obdobjem naknadnega delovanja

Ime metode	Učinkovitost, %		Omejitev uporabnosti	Opomba
Posodobitev zgorevalnega procesa
Nizko strupeni gorilniki		Vse vrste goriva	Stabilnost plamena in popolno zgorevanje goriva	Stopenjsko dovajanje zraka ali goriva na vodoravni del gorilnika zahteva določeno razdaljo do nasprotnega zaslona
Recirkulacija dimnih plinov		Večja številka je za plin, manjša za visoko reaktivne premoge. Ni primerno za AS, T in SS	Stabilnost plamena, na bobnastih kotlih - zvišanje temperature pregrevanja	Dovod recirkulacijskih plinov poteka preko gorilnikov. Pri zgorevanju premoga - skozi sistem prahu (skupaj s primarnim zrakom).
Dvostopenjsko zgorevanje		Vse vrste goriva		Pri zgorevanju goriva, ki vsebuje žveplo, zlasti v kotlih SKD, obstaja nevarnost visokotemperaturne korozije zgorevalnih zaslonov.
Koncentrično zgorevanje		Rjavi premog in bituminozni premog z visoko hlapnostjo		Pri rekonstrukciji tangencialnih kurišč se lahko omejite na zamenjavo gorilnikov. Hkrati se zmanjša žlindranje in korozija zgorevalnih zaslonov
Tristopenjsko zgorevanje z rekuperacijo NO x (ponovno zgorevanje)		Vse vrste goriva (za AS in T, 10-15% plina potrebuje toplota)	Pojav CO in rast vnetljivih snovi v vložku	Večji učinek je dosežen pri uporabi plina za ustvarjanje redukcijske cone (10-15% toplote).

Za izboljšanje okoljskega stanja v obstoječih termoelektrarnah ob upoštevanju možnega povečanja deleža trdnih goriv v strukturi njihove gorivne bilance:

• na zelo ekonomičnih blokih 300-800 MW na premog Kansk-Achinsk je za zmanjšanje nastajanja dušikovih oksidov priporočljivo uporabiti princip nizkotemperaturnega zgorevanja, ki se je izkazal v številnih delujočih kotlih (P-67, BKZ -500-140);
• pri uporabi na 300-500 MW blokih črnega premoga iz Kuznetskega bazena za zmanjšanje tvorbe NO x, je treba uporabiti nizko strupene gorilnike in stopenjsko zgorevanje goriva. S kombinacijo teh ukrepov je mogoče zagotoviti koncentracijo NO x manj kot 350 mg/m3 in ustrezajo standardom za novo uvedeno opremo termoelektrarn;
• Pri zgorevanju goriv z nizko reakcijo (ASh in kuznetski pusto premog) v kotlih z odstranjevanjem tekoče žlindre, če je v elektrarnah na voljo zemeljski plin, je priporočljivo organizirati tristopenjsko zgorevanje z zmanjšanjem NO x v zgornjem delu kurišča (postopek rebeninga).

Kjer koncentracije NO ni mogoče zmanjšati s tehnološkimi metodami x do zahtevane ravni, je treba uporabiti sisteme za čiščenje dušika. Dve tehnologiji čiščenja dušika imata možnosti za industrijsko uporabo: selektivna nekatalitska redukcija in selektivna katalitična redukcija dušikovih oksidov.

Za zmanjšanje nastajanja žveplovih oksidov je treba uporabiti mokro apno in amonijev sulfat ali poenostavljene mokro-suhe tehnologije. Prvi dve sta primerni, ko je vsebnost žvepla v gorivu približno 0,15 % kg/MJ, ko je treba vezati več kot 90-95 % SO 2 in poenostavljena mokro-suha tehnologija (zmanjšanje emisij SO 2 za 50-70 %). - pri zgorevanju goriv z nizko in srednjo vsebnostjo žvepla.

Zahtevano učinkovitost zbiranja pepela (koncentracija trdnih delcev (pepela) v dimnih plinih po čiščenju je 50 mg/m3) in dobavo pepela odjemalcu v delujočih termoelektrarnah je možno zagotoviti z uporabo večpoljske horizontalne električne precipitatorji.

Za zbiranje pepela iz premogov Kansk-Achinsk in Donetsk je priporočljivo uporabljati elektrofiltre s standardnim (neprekinjenim) načinom napajanja, za zbiranje pepela iz premogov Ekibastuz in Kuznetsk pa s prekinjenim in impulznim napajanjem. Elektrofiltre rekonstruiramo za postavitev na obstoječe temelje. Uporaba mikrosekundne moči pri zbiranju pepela iz premoga Kuznetsk omogoča postavitev naprav v eno raven.

Zaradi sistematičnega izvajanja okoljevarstvenih ukrepov na obstoječih kotlih, ki bodo še obratovali do leta 2015, naj bi bile dosežene koncentracije škodljivih snovi iz tabele. 1.5.3.

Tabela 1.5.3

Predvideno dosegljive najvišje koncentracije škodljivih emisij za obstoječo opremo do leta 2015.

Emisije(glede na O 2 = 15 %)	Koncentracija, mg / m 3 pri O ​​2 = 6%
Trdni delci		Vse vrste premoga
Žveplovi oksidi		Premog in kurilno olje
Dušikovi oksidi med vgradnjo kotla		Zemeljski plin
		Rjavi premog
		Kameni premog
		Mršavi premogi in AS
Dušikovi oksidi med namestitvijo plinske turbine		Zemeljski plin

*) Najmanjša vrednost velja za kotle s toplotno močjo večjo od 500 MW, največja je manjša od 100 MW.

Reševanje okoljskih problemov termoelektrarn za obstoječo floto elektrarn se bistveno razlikuje od ukrepov, ki se uporabljajo za novozgrajene elektrarne.

V tabeli 1.5.4 vsebuje predvidene okoljske kazalnike za novozgrajene premogovne enote termoelektrarn v Rusiji do leta 2030. Da bi jih dosegli, je treba izboljšati trenutno znane tehnologije čiščenja plina in ustvariti nove, učinkovitejše. Napoved uporabe teh tehnologij do leta 2030 je podana v tabeli. 1.5.5.

Tabela 1.5.4

Dosegljivi okoljski kazalniki za novozgrajene premogovne enote termoelektrarn v Rusiji

Kazalo
Stopnja zajemanja SO 2, %
Koncentracija dušikovih oksidov (O 2 = 6%), mg/m 3
Trdni delci, mg/m3		20¸30; omejitev vsebnosti delcev, manjših od 10 mikronov (RM-10)	5¸10; omejitev vsebnosti delcev, manjših od 2,5 µm (PM 2,5)
Stopnja zajema živega srebra (težke kovine), %
Uporaba odpadnega pepela in žlindre, %

Novozgrajene elektrarne na premog morajo biti opremljene s celotno okoljevarstveno opremo, vključno z napravami za čiščenje dimnih plinov od trdnih delcev, žveplovih oksidov (SO 2 ) in dušikovih oksidov (NO x).

Kot zbiralnike pepela na novih kotlih je treba uporabiti večpoljne elektrofiltre, ki so sposobni doseči današnje standarde dovoljenih emisij v ozračje (masne koncentracije pepela v dimnih plinih po čiščenju 30-50 mg/m3).

Dodaten učinek pri zgorevanju premoga Kuznetsk in Ekibastuz je mogoče doseči z znižanjem temperature in kondicioniranjem dimnih plinov.

Za uporabo kompleksne opreme v utesnjenih pogojih je mogoče uporabiti dvoconski elektrostatični filtr. Kombinirane naprave za zbiranje pepela (elektrofilter + vrečasti filter, elektrofilter + vodna naprava za zbiranje majhnih delcev) so obetavne za uporabo v energetiki.

Za uspešno reševanje problema recikliranja pepela in žlindre ter povzročanje minimalne okoljske škode okolju je treba pri razvoju sistemov za odstranjevanje pepela in žlindre za nove termoelektrarne na premog vključiti projektne rešitve za ločeno odstranjevanje pepela in žlindre. Treba je zagotoviti možnost 100-odstotnega zbiranja in odpreme suhega pepela (vključno s skupinami frakcij), pa tudi maksimalno mehanizacijo in avtomatizacijo vseh tehnoloških procesov.

Obvezen element novih elektrarn na premog, kot smo že omenili, bi moral biti naprave za razžveplanje dimnih plinov. Trenutno so v tujih termoelektrarnah najpogostejši sistemi za mokro razžveplanje apnenca, ki v povprečju zmanjšajo emisije SO 2 za 95 %. V novih ruskih elektrarnah bo treba pri kurjenju premoga z visoko vsebnostjo žvepla, da bi izpolnili sprejete in prihodnje standarde za dovoljene emisije SO2, uporabiti enake sheme ali tehnologijo razžveplanja amonijaka in sulfata, ki se že izvaja v CHPP Dorogobuzh.

Pri zgorevanju goriv s srednjo in nizko vsebnostjo žvepla (ki vključujejo večino nahajališč premoga v Rusiji, vključno s premogom iz Kuznetsk in Kansk-Achinsk bazenov), je manj kapitalsko intenzivna, poenostavljena mokro-suha tehnologija razžveplanja zelo učinkovita. Trenutno se preučujejo nove tehnologije razžveplanja z učinkovitejšimi sorbenti, ki omogočajo celovito reševanje problemov odstranjevanja škodljivih snovi (vključno s težkimi kovinami).

Zmanjšanje emisij dušikovega oksida pri gradnji enot CCGT in pri vgradnji močnih kotlov na premog v prahu se izvaja z naslednjimi tehnološkimi rešitvami. Predpisane emisije NO x pri zgorevanju zemeljskega plina v plinskoturbinskih enotah jih lahko dosežemo z uporabo »suhih« zgorevalnih komor zadnje generacije. Verjetno je, da napajalne enote s CCGT enotami ne bodo potrebovale naprave za čiščenje dušika za dimne pline, ki se izpuščajo v ozračje. Bolj zapletena je situacija s kotli na premog v prahu močnih pogonskih enot. Tehnološke metode, razvite in preizkušene v industriji, omogočajo trenutno doseganje domačih standardov za dovoljene emisije NO x samo pri kurjenju rjavega premoga, pa tudi črnih premogov razredov D in G. Pri drugih črnih premogih, predvsem pa pri antracitu, je problem mogoče rešiti le z vgradnjo katalitskega reaktorja za kotlom in zmanjšanjem nastalih dušikovih oksidov z dovajanjem amina. -ki vsebujejo reagente v plinsko pot (amoniakova voda ali sečnina).

V prihodnosti, glede na potrebo po približevanju domačih standardov evropskim (kjer je koncentracija NO x v dimnih plinih za kotlom na premog ne sme presegati 200 mg/m 3 pri 6% O 2), bo očitno treba uporabiti ne le niz tehnoloških metod (nizkostrupeni gorilniki, različne možnosti za dvo- in tri -stopenjsko zgorevanje) do novih kotlov na premog v prahu, pa tudi sistemov za čiščenje dimnih plinov z dušikom iz NO x. Možno je, da se bodo v prihodnjih letih pojavile nove tehnologije za čiščenje dimnih plinov iz NO x. Na primer, pri namestitvi mokrega sistema za razžveplanje apnenca na novo enoto, občutno (do 90 %) zmanjšanje emisij NO x je mogoče doseči z vbrizgavanjem elementarnega fosforja P4 v dimni kanal pred pralnikom pri temperaturi 121-280 °C.

V območju tehnologije za zajemanje submikronskih delcev uvedba zgoraj navedenih zahtev pomeni, da je treba k suhim elektrofiltrom dodati nove naprave, ki omogočajo učinkovitejše (po sprejemljivi ceni) zajemanje submikronskih delcev: vrečaste filtre, hibridne naprave, sestavljene iz električne čistilne in filtrirne stopnje, in celo mokri elektrostatični filtri. Uporaba teh novih tehnologij poleg submikronskih trdnih delcev omogoča tudi zajemanje živega srebra in njegovih spojin. Vse to bo treba upoštevati pri izbiri opreme za čiščenje plinov, saj industrializirane države že posvečajo veliko pozornost zmanjševanju emisij živega srebra iz dimnih plinov termoelektrarn.

Tabela 1.5.5.

Obetavne tehnologije za zmanjšanje emisij onesnaževal v ozračje iz termoelektrarn

Ime onesnaževal	Do leta 2010
Tehnologija, njena učinkovitost
Dušikovi oksidi	Tehnološke metode
	za kotle na premog - 30÷50%; za CCGT na zemeljski plin - 50 mg/m 3	za kotle na premog - 40÷60%; za CCGT - 20÷30 mg/m 3	za kotle na premog - 50÷70%; za PGU - 10÷15 mg/m 3
	SNCR - 30÷50%	SNKV-M - 50÷80%	SCR - 90÷95%
	SCR - 70÷80%	SCR - 80÷90%
Žveplovi oksidi	Goriva z nizko vsebnostjo žvepla
	Uporaba mokrih zbiralnikov pepela η = 30÷60%; poenostavljena mokro-suha tehnologija - η = = 50÷60%	Tehnologija mokrega apnenca (apnenca). η = 80÷90%	Tehnologija mokrega apnenca (apnenec) η = 90÷95%
	Žveplova goriva
	Mokre (apnenec, amonijev sulfat, magnezijev sulfat) tehnologije
	η SO2 = 90÷95%	η SO2 = 95÷98%
	Mokro-suha tehnologija s krožečo inertno maso η SO2 = 90 %	Mokro-suha tehnologija s CFB η SO2 = 92÷95%	Ciklična tehnologija amoniaka η SO2 = 99 %
			Mokre tehnologije z novimi učinkovitimi sorbenti η SO2 = 99 %
Delci pepela	Elektrostatični filtri η = 98 %; Posodobljeni mokri zbiralniki pepela η > 95 %	Elektrofilterji η = 98÷99%; Vrečasti filtri η = 98÷99%; Kombinirane suhe naprave (elektrofilter + tkaninski filter) η = 99,0 %	Elektrostatični filtri η > 99,5 %; Mokri elektrostatični filtri η > 99,5 %; Suhe hibridne naprave η > 99,5 %; Kompleksno čiščenje v mokrih ESP z impulznim napajanjem
živo srebro (težke kovine)		Vbrizgavanje sorbentov (aktivno oglje itd.) pred elektrofiltrom; η = 50÷60%	Vbrizgavanje sorbentov, ki vsebujejo halogene, v plinsko pot + razžveplanje; η = 90÷95%
	Povečanje učinkovitosti pogonskih enot, vklj. za kombinirano proizvodnjo električne energije in toplote	Pilotni projekti z odstranitvijo CO 2 iz cikla elektrarn in njegovim kasnejšim odlaganjem	Velike demonstracijske naprave z različnimi tehnologijami za decikliranje in odstranjevanje CO 2:

Glavni problem obstoječih hidroelektrarn industriji, je obvezno hkrati izpolnjevanje naslednjih zahtev:

Brezpogojno zagotavljanje proizvodnje električne energije v količinah, določenih z razporedom odpreme;

Skladnost s prednostnimi nalogami oskrbe s pitno in gospodinjsko vodo, plovba, ribištvo na odsekih rek in rezervoarjev, ki so pomembni za ohranjanje in razmnoževanje ribjih virov, izvajanje režima polnjenja in izsuševanja rezervoarjev, preprečevanje erozije obale rezervoarjev in izpust olj vanje.

pri čemer na hidroelektrarnah v izgradnji Pravočasno je treba rešiti probleme krčenja gozdov, poplavljanja tal, blokiranja migracijskih poti rib, preseljevanja prebivalstva s poplavnega območja itd.

V zvezi s hidroenergetskimi objekti so ukrepi varstva okolja:

• izbira lokacij za nove hidroelektrarne ob upoštevanju okoljske blaginje regije, zagotavljanje prednostnega namena ohranjanja biotske raznovrstnosti in varstva posebej zavarovanih naravnih območij pri načrtovanju in umeščanju novih hidroelektrarn;
• zagotavljanje popolne in pravočasne odškodnine za škodo na vodnih bioloških virih;
• izvajanje melioracijskih del in zasipavanje plitvih območij rezervoarjev za njihovo integrirano (kmetijstvo in ribištvo);
• gradnja izravnalnih ribiških objektov, ribjih prehodov in varovalnih objektov, razvoj ukrepov za ohranjanje ribjega staleža, gojitvenih in krmišč, uvedba tehničnih naprav za ohranjanje selitvenih poti rib z namenom zmanjšanja negativnega vpliva vodnih objektov na ihtiofavno;
• razvoj in izvedba selektivnih zajemov vode v hidroelektrarnah, ki omogočajo uravnavanje temperaturnega režima vode v spodnjem bazenu z odvzemom iz različnih globin akumulacije in s tem zmanjšanje vpliva na mikroklimo;
• rekonstrukcija kanalizacijskih sistemov za popolno ustavitev odvajanja neprečiščenih gospodinjskih odpadnih voda v vodna telesa;
• uporaba sodobnih materialov v različnih elementih hidravlične in hidromehanske opreme, gradnja kaskad hidroelektrarn in malih hidroelektrarn iz tovarniško izdelanih blok modulov z uporabo plavajoče tehnologije;
• uporaba rotorjev, ki preprečujejo uhajanje okolju nevarnih tekočin v pretočno pot;
• uporaba samomazalnih materialov v tornih enotah kinematičnih mehanizmov (brez uporabe olj);
• organiziranje zagotavljanja udobnih stanovanj za prebivalstvo, preseljeno s poplavnih območij.

1.5.3. Problem emisij toplogrednih plinov

Zelo pereč okoljski problem za energetike, povezan z uporabo fosilnih goriv, ​​so emisije glavnega toplogrednega plina - CO 2 - v ozračje. EU je že uvedla plačila za povečane emisije CO 2 iz termoelektrarn.

Učinkovito, vklj. in z vidika zmanjševanja emisij CO 2 izboljšanje procesov proizvodnje energije v termoelektrarnah temelji na:

• uvedba premogovnih elektrarn s superkritičnim (izkoristek=41 %) in nadkritičnim (izkoristek=46 %) parametri pare;
• uvedba plinskih naprav s kombiniranim ciklom (izkoristek = 55-60 %);
• uporaba kotlov s krožečo fluidizirano plastjo pri zgorevanju nizkokakovostnih goriv;
• uporaba goriv s povečano kurilno vrednostjo in zemeljskega plina;
• uporaba tehnologij zgorevanja goriva, ki uporabljajo kisik.

Proces sekvestracije ogljikovega dioksida, ki nastane pri zgorevanju fosilnih goriv, ​​je sestavljen iz treh glavnih delov: zajemanje, transport in odlaganje.

Postopek zajemanja ogljikovega dioksida lahko organiziramo bodisi po zgorevanju goriva (rekuperacija iz dimnih plinov) bodisi pred njegovim izgorevanjem (odstranjevanje CO 2 v procesu uplinjanja goriva).

Pri zajemanju ogljikovega dioksida se lahko uporabljajo različne fizikalne ali kemične metode: kriogena separacija, membranska separacija, fizikalna adsorpcija ali kemična absorpcija. V prihodnosti je možna industrijska uporaba netradicionalnih metod za zmanjševanje emisij CO 2: zgorevanje goriva v kemičnem ciklu, suha regenerativna adsorpcija itd.

Pomembna obetavna smer za zmanjševanje emisij CO 2 je njegovo zakopavanje v zemeljske votline z naslednjimi metodami:

• uporaba poroznih struktur;
• uporaba rezervoarjev v soli;
• vbrizgavanje v aktivne oljne rezervoarje.

Najboljše rezultate pri novogradnjah lahko pričakujemo od agregatov CCGT z uplinjanjem premoga. Tehnološko takšne naprave omogočajo proizvodnjo odvečnega vodika za uporabo v tehnoloških procesih ali kot gorivo za gorivne celice (podobne CCGT enote z močjo do 500 MW (vendar brez separacije in odstranjevanja CO 2) že obratujejo v elektrarnah. za rafinerije nafte. Surovina zanje so težki naftni ostanki, njihovi proizvodi pa električna energija, toplota v obliki pare in vodik, ki se uporablja v procesih rafiniranja nafte).

Uvod. Energija - problemi naraščajoče porabe

Energetska kriza - pojav, ki nastane, ko je povpraševanje po energentih bistveno večje od njihove ponudbe. Vzroki so lahko v logistiki, politiki ali fizičnem pomanjkanju.

Poraba energije je predpogoj za človekov obstoj. Razpoložljivost energije, ki je na voljo za porabo, je bila vedno potrebna za zadovoljevanje človeških potreb, podaljšanje pričakovane življenjske dobe in izboljšanje življenjskih pogojev.
Zgodovina civilizacije je zgodovina izumov vedno novih načinov pretvorbe energije, razvoja njenih novih virov in navsezadnje povečanja porabe energije.
Prvi skok v rasti porabe energije se je zgodil, ko so se ljudje naučili zakuriti ogenj in ga uporabljati za kuhanje in ogrevanje svojih domov. Viri energije v tem obdobju so bila drva in človeška mišična moč. Naslednja pomembna faza je povezana z izumom kolesa, ustvarjanjem različnih orodij in razvojem kovaštva. V 15. stoletju je srednjeveški človek z uporabo vprežne živali, vodne in vetrne energije, drv in manjše količine premoga porabil že približno 10-krat več kot pračlovek. Še posebej opazno povečanje svetovne porabe energije se je zgodilo v zadnjih 200 letih od začetka industrijske dobe - povečala se je 30-krat in leta 1998 dosegla 13,7 gigaton standardnega goriva na leto. Človek v industrijski družbi porabi 100-krat več energije kot primitiven človek.
V sodobnem svetu je energetika osnova za razvoj osnovnih gospodarskih panog, ki določajo napredek družbene proizvodnje. V vseh industrializiranih državah je hitrost razvoja energetike prehitela hitrost razvoja drugih industrij.
Hkrati je energija eden od virov škodljivih vplivov na okolje in človeka. Vpliva na atmosfero (poraba kisika, emisije plinov, vlage in trdnih delcev), hidrosfero (poraba vode, ustvarjanje umetnih rezervoarjev, izpusti onesnaženih in segretih voda, tekoči odpadki) in litosfero (poraba fosilnih goriv, ​​spremembe pokrajine). , emisije strupenih snovi).
Kljub ugotovljenim dejavnikom negativnega vpliva energetike na okolje, povečanje porabe energije v širši javnosti ni povzročilo večjih zaskrbljenosti. To se je nadaljevalo vse do sredine 70. let, ko so strokovnjaki prišli do številnih podatkov, ki kažejo na močan antropogeni pritisk na podnebni sistem, ki predstavlja grožnjo globalne katastrofe z nenadzorovanim povečevanjem porabe energije. Od takrat noben drug znanstveni problem ni pritegnil tako velike pozornosti kot problem sedanjih, predvsem pa prihodnjih podnebnih sprememb.
Eden glavnih razlogov za to spremembo naj bi bila energija. Energija se razume kot vsako področje človekove dejavnosti, ki je povezano s proizvodnjo in porabo energije. Pomemben del energetskega sektorja je zagotovljen s porabo energije, ki nastane pri izgorevanju organskih fosilnih goriv (nafta, premog in plin), kar posledično vodi v izpust ogromnih količin onesnaževal v ozračje.
Tako poenostavljen pristop že povzroča resnično škodo svetovnemu gospodarstvu in lahko zada usoden udarec gospodarstvu tistih držav, ki še niso dosegle ravni porabe energije, potrebne za dokončanje industrijske stopnje razvoja, vključno z Rusijo. V resnici je vse veliko bolj zapleteno. Poleg učinka tople grede, za katerega je delno odgovorna energetika, na podnebje planeta vplivajo številni naravni vzroki, med katerimi so najpomembnejši sončna aktivnost, vulkanska aktivnost, parametri Zemljine orbite in samonihanja. v sistemu atmosfera-ocean. Pravilna analiza problema je mogoča le ob upoštevanju vseh dejavnikov, seveda pa je treba razjasniti vprašanje, kako se bo v bližnji prihodnosti obnašala globalna poraba energije, ali bi človeštvo res moralo vzpostaviti stroge energetske samoomejevanja. porabi, da bi se izognili katastrofi globalnega segrevanja.

Sodobni trendi razvoja energetike

Splošno sprejeta klasifikacija deli primarne vire energije na komercialni in neprofitna.
Komercialni viri energije vključujejo trdna (črni in rjavi premog, šota, oljni skrilavec, katranski pesek), tekoča (nafta in plinski kondenzat), plinasta (zemeljski plin) goriva in primarno električno energijo (elektrika, proizvedena z jedrsko, vodno, vetrno, geotermalno, sončno energijo, plimovanjem in valovne postaje).
TO neprofitna vključujejo vse ostale vire energije (drva, kmetijske in industrijske odpadke, mišično moč vprežne živali in samega človeka).
Svetovna energetika kot celota skozi celotno industrijsko fazo razvoja družbe temelji predvsem na komercialnih virih energije (približno 90 % celotne porabe energije). Čeprav je treba opozoriti, da obstaja cela skupina držav (ekvatorialna Afrika, jugovzhodna Azija), katerih veliko prebivalstvo podpira svoj obstoj skoraj izključno z nekomercialnimi viri energije.
Različne napovedi porabe energije, ki temeljijo na podatkih za zadnjih 50-60 let, kažejo, da naj bi se do približno leta 2025 nadaljevala trenutna zmerna stopnja rasti svetovne porabe energije - približno 1,5 % na leto, in stabilizacija svetovne porabe na prebivalca, ki se je pokazala. sama v zadnjih 20 letih na ravni 2,3-2,4 t konvencionalnega goriva/(oseba-leto). Po letu 2030 se bo po napovedi začelo počasno zmanjševanje svetovne povprečne ravni porabe energije na prebivalca do leta 2100. Hkrati kaže skupna poraba energije jasno težnjo k stabilizaciji po letu 2050 in celo rahlemu zmanjšanju do konca stoletja.
Eden najpomembnejših dejavnikov, ki se upošteva pri pripravi napovedi, je razpoložljivost globalnih energetskih virov, ki temeljijo na zgorevanju fosilnih organskih goriv.
V okviru obravnavane napovedi, ki vsekakor sodi v kategorijo zmernih glede na absolutno porabo energije, se bo izčrpanje dokazano obnovljivih zalog nafte in plina zgodilo ne prej kot leta 2050, ob upoštevanju dodatnih obnovljivih virov pa - po 2100. Če upoštevamo dokazane obnovljive zaloge. Ker zaloge premoga znatno presegajo zaloge nafte in plina skupaj, lahko trdimo, da je razvoj svetovne energetike po tem scenariju zagotovljen z vidika virov za več kot stoletje.
Hkrati pa rezultati napovedi kažejo precejšnje razpršenosti, kar je jasno razvidno iz izbora nekaterih objavljenih podatkov napovedi za leto 2000.

Tabela 5.7. Nekaj ​​nedavnih napovedi porabe energije za leto 2000
(v oklepaju je letnica izida) in njen dejanski pomen.

Prognostični center	Poraba primarne energije, Gt konvencionalnega goriva/leto
Inštitut za atomsko energijo (1987)	21.2
Mednarodni inštitut za uporabno sistemsko analizo (IIASA) (1981)	20.0
Mednarodna agencija za atomsko energijo (IAEA) (1981)	18.7
Nacionalni laboratorij Oak Ridge (ORNL) (1985)	18.3
Mednarodna komisija za podnebne spremembe (IPCC) (1992)	15.9
Laboratorij za globalne energetske probleme IBRAE RAS-MEI (1990)	14.5
Dejanska poraba energije	14.3

Zmanjšanje porabe energije glede na napoved je povezano predvsem s prehodom od ekstenzivnih načinov njenega razvoja, od energetske evforije k energetski politiki, ki temelji na povečanju učinkovitosti rabe energije in njenem celovitem varčevanju.
Razlog za te spremembe so bile energetske krize v letih 1973 in 1979, stabilizacija zalog fosilnih goriv in podražitev njihove proizvodnje ter želja po zmanjšanju odvisnosti gospodarstva od politične nestabilnosti v svetu zaradi izvoza. energetskih virov.

Ko govorimo o porabi energije, je treba opozoriti, da je treba v postindustrijski družbi rešiti še en temeljni problem - stabilizacija prebivalstva.
Sodobna družba, ki tega problema ni rešila ali pa si vsaj ne prizadeva za njegovo rešitev, ne more veljati niti za razvito niti za civilizirano, saj je povsem očitno, da nenadzorovana rast prebivalstva predstavlja neposredno grožnjo obstoju človeka kot biološkega vrste.
Poraba energije na prebivalca v svetu torej kaže jasno težnjo k stabilizaciji. Treba je opozoriti, da se je ta proces začel pred približno 25 leti, tj. veliko pred trenutnimi špekulacijami o globalnih podnebnih spremembah. Ta pojav je bil opažen v času miru prvič od začetka industrijske dobe in je povezan z množičnim prehodom držav po svetu v novo, postindustrijsko stopnjo razvoja, v kateri ostaja poraba energije na prebivalca nespremenjena. To dejstvo je zelo pomembno, saj posledično skupna poraba energije v svetu raste veliko počasneje. Lahko trdimo, da je resna upočasnitev rasti porabe energije mnoge napovedovalce popolnoma presenetila.

Kriza goriva

V zgodnjih 70. letih prejšnjega stoletja so bile strani časopisov polne naslovov: “Energetska kriza!”, “Kako dolgo bo še zdržala fosilna goriva?”, “Konec naftne dobe!”, “Energetski kaos.” Tej temi še vedno namenjajo veliko pozornosti vsi mediji - tisk, radio, televizija. Za tako skrb obstajajo razlogi, saj je človeštvo vstopilo v kompleksno in precej dolgo obdobje močnega razvoja svoje energetske baze. Zato bi morali preprosto porabiti danes znane zaloge goriva, vendar s širitvijo obsega sodobne energije iskati nove vire energije in razviti nove načine njene pretvorbe.
Trenutno je veliko napovedi o razvoju energetike. Vendar pa kljub izboljšanim metodam napovedovanja napovedovalci niso imuni na napačne izračune in nimajo dovolj razlogov, da bi govorili o veliki natančnosti svojih napovedi za takšen časovni interval, kot je 40-50 let.
Človek si bo vedno prizadeval imeti čim več energije, da bi zagotovil gibanje naprej. Znanost in tehnologija mu ne bosta vedno dali možnosti pridobivanja energije v vedno večjih količinah. A kot kaže zgodovinski razvoj, se bodo zagotovo pojavila nova odkritja in izumi, ki bodo človeštvu pomagali narediti še en kvalitativni preskok in se s še hitrejšimi koraki premakniti novim dosežkom.
Še vedno pa ostaja problem izčrpavanja energetskih virov. Vire, ki so na voljo Zemlji, delimo na obnovljiva in neobnovljiv. Prvi vključujejo sončno energijo, toploto Zemlje, oceansko plimovanje in gozdove. Ne bodo prenehali obstajati, dokler obstajata Sonce in Zemlja. Neobnovljivih virov narava ne obnavlja ali pa se obnavljajo zelo počasi, veliko počasneje, kot jih porabljamo ljudje. Hitrost nastajanja novih fosilnih goriv v drobovju Zemlje je precej težko določiti. Pri tem se ocene strokovnjakov razlikujejo za več kot 50-krat. Tudi če sprejmemo največje število, je stopnja kopičenja goriva v črevesju Zemlje še vedno tisočkrat manjša od stopnje njegove porabe. Zato takšne vire imenujemo neobnovljivi. Ocena zalog in porabe glavnih je podana v tabeli 5.44. Tabela prikazuje potencialne vire. Zato je s trenutnimi metodami ekstrakcije mogoče iz njih izločiti le približno polovico. Druga polovica ostane v tleh. Zato se pogosto trdi, da bodo rezerve trajale 120-160 let. Zelo zaskrbljujoče je grozeče izčrpavanje nafte in plina, ki bo (po obstoječih ocenah) lahko trajalo le še 40–60 let.
Premog ima svoje težave. Prvič, njegov prevoz je zelo delovno intenzivna naloga. Tako so v Rusiji glavne zaloge premoga koncentrirane na vzhodu, glavna poraba pa v evropskem delu. Drugič, široka uporaba premoga je povezana z resnim onesnaženjem zraka, onesnaženjem zemeljske površine in propadanjem tal.
V različnih državah so vsi našteti problemi videti drugače, a rešitev zanje je bila skoraj povsod enaka - uvedba jedrske energije. Omejene so tudi zaloge uranovih surovin. Če pa govorimo o sodobnih toplotnih reaktorjih izboljšanega tipa, potem lahko za njih zaradi svoje dokaj visoke učinkovitosti zaloge urana štejemo za skoraj neomejene.
Zakaj torej ljudje govorijo o energetski krizi, če bodo samo zaloge fosilnih goriv zadostovale več sto let, jedrsko gorivo pa je še vedno v rezervi?
Celotno vprašanje je, koliko to stane. In s te strani je zdaj treba obravnavati energetski problem. V globinah zemlje je še veliko, vendar njihovo pridobivanje nafte in plina stane čedalje več, saj je to energijo treba črpati iz revnejših in globljih plasti, iz slabih nahajališč, odkritih na nenaseljenih, nedostopnih območjih. Za zmanjšanje okoljskih posledic uporabe fosilnih goriv je potrebno in bo treba vložiti veliko več.
Jedrska energija se zdaj ne uvaja zato, ker je zagotovljena z gorivom za stoletja in tisočletja, temveč zaradi varčevanja in ohranjanja nafte in plina za prihodnost ter možnosti zmanjšanja okoljske obremenitve biosfere.
Splošno razširjeno je prepričanje, da so stroški električne energije iz jedrskih elektrarn bistveno nižji od stroškov energije, pridobljene v elektrarnah na premog in v prihodnosti plinske elektrarne. Če pa podrobneje razmislimo o celotnem ciklu jedrske energije (od pridobivanja surovin do odlaganja radioaktivnih odpadkov, vključno s stroški izgradnje same jedrske elektrarne), potem se obratovanje jedrske elektrarne in zagotavljanje njenega varnega obratovanja spremeni dražji od gradnje in obratovanja postaje enake zmogljivosti z uporabo tradicionalnih virov energije (tabela 5.8 na primeru gospodarstva ZDA).
Zato je v zadnjem času vedno več poudarka na energetsko varčnih tehnologijah in obnovljivi viri- kot so sonce, veter, vodni element. Evropska unija si je na primer zadala cilj za obdobje 2010–2012. pridobiti 22 % električne energije iz novih virov. V Nemčiji je bila na primer že leta 2001 energija, proizvedena iz obnovljivih virov, enakovredna delovanju 8 jedrskih reaktorjev ali 3,5 % vse električne energije.
Mnogi verjamejo, da prihodnost pripada darom Sonca. Vendar se izkaže, da tudi tukaj ni vse tako preprosto. Dosedanji stroški proizvodnje električne energije s pomočjo sodobnih sončnih fotonapetostnih celic so 100-krat višji kot z uporabo klasičnih elektrarn. Strokovnjaki, ki se ukvarjajo s fotovoltaičnimi celicami, pa so optimistični in menijo, da jim bodo lahko bistveno znižali stroške.
Mnenja strokovnjakov o možnostih uporabe obnovljivih virov energije so zelo različna. Odbor za znanost in tehnologijo v Angliji je po analizi možnosti za razvoj tovrstnih virov energije ugotovil, da je njihova uporaba na podlagi sodobnih tehnologij še vedno vsaj dva do štirikrat dražja od gradnje jedrske elektrarne. elektrarna. Drugi strokovnjaki so podali različne napovedi o teh virih energije v bližnji prihodnosti. Očitno se bodo obnovljivi viri energije uporabljali na določenih območjih sveta, ki so ugodna za njihovo učinkovito in gospodarno rabo, vendar v izjemno omejenem obsegu. Glavnino človeških potreb po energiji bi morala pokriti premog in jedrska energija. Res je, tako poceni vira, ki bi nam omogočil tako hiter razvoj energetike, kot bi si želeli, še ni.
Zdaj in v prihodnjih desetletjih najbolj okolju prijazen vir energije Predstavljeni so jedrski in nato morda termonuklearni urejevalniki. Z njihovo pomočjo se bo človek premikal po stopnicah tehničnega napredka. Gibalo se bo, dokler ne bo odkrilo in obvladalo drugega, bolj priročnega vira energije.
Slika 5.38 prikazuje graf rasti jedrskih elektrarn v svetu in proizvodnje električne energije za obdobje 1971-2006 ter napovedi razvoja za obdobje 2020-30. Poleg zgoraj omenjenih je več držav v razvoju, kot so Indonezija, Egipt, Jordanija in Vietnam, napovedalo možnost izgradnje jedrskih elektrarn in naredilo prve korake v tej smeri.

Slika 5.38. ( zgoraj) Rast zmogljivosti jedrske elektrarne in proizvodnje električne energije 1971-2006. po podatkih IAEA in napovedi zmogljivosti jedrskih elektrarn v svetu za 2020-2030. ( na dnu)

Ekološka energetska kriza

Glavne oblike vpliva energije na okolje so naslednje.

1. Človeštvo še vedno večino energije pridobiva z uporabo neobnovljivih virov.
2. Onesnaženost ozračja: toplotni učinek, sproščanje plinov in prahu v ozračje.
3. 3. Onesnaževanje hidrosfere: toplotno onesnaženje vodnih teles, emisije onesnaževal.
4. Onesnaževanje litosfere med transportom nosilcev energije in odlaganjem odpadkov med proizvodnjo energije.
5. Kontaminacija okolja z radioaktivnimi in strupenimi odpadki.
6. Spremembe hidrološkega režima rek zaradi hidroelektrarn in posledično onesnaženje vodotoka.
7. Ustvarjanje elektromagnetnih polj okoli daljnovodov.

Očitno obstajata dva načina za uskladitev nenehne rasti porabe energije z naraščajočimi negativnimi posledicami energije, glede na to, da bo človeštvo v bližnji prihodnosti občutilo omejitve fosilnih goriv

1. Varčevanje z energijo. Stopnjo vpliva napredka na varčevanje z energijo lahko pokažemo na primeru parnih strojev. Kot veste, je bila učinkovitost parnih strojev pred 100 leti 3-5%, zdaj pa dosega 40%. Tudi razvoj svetovnega gospodarstva po energetski krizi v 70. letih je pokazal, da ima človeštvo na tej poti znatne rezerve. Uporaba tehnologij za varčevanje z viri in energijo je zagotovila znatno zmanjšanje porabe goriva in materialov v razvitih državah.
2. Razvoj čistejših oblik pridobivanja energije. Problem je verjetno mogoče rešiti z razvojem alternativnih vrst energije, predvsem tistih, ki temeljijo na uporabi obnovljivih virov. Vendar načini za uresničitev te usmeritve še niso očitni. Zaenkrat obnovljivi viri ne zagotavljajo več kot 20 % svetovne porabe energije. K tem 20 % največ prispeva uporaba biomase in vodne energije.

Okoljski problemi tradicionalne energetike

Glavnino električne energije trenutno proizvedemo v termoelektrarnah (TE). Sledijo običajno hidroelektrarne (HE) in jedrske elektrarne (NEK).