Энергетика и экологическая безопасность

Санкт-Петербургский государственный университет

Геологический факультет

Кафедра экологической геологии

Курсовая работа

Тема:

Энергетика и экологическая безопасность

Студент 1 курса Курбатского А.А.

Научный руководитель:

доктор физ.-мат. наук,

профессор Хайкович И.М.

Санкт-Петербург 2014

• Введение
• Глава 1. Экологическая деятельность электростанций и ЛЭП
• 1.1 ТЭС
• 1.2 ГЭС
• 1.3 АЭС
• 1.4 ЛЭП
• 1.5 Альтернативная энергетика
• Глава 2. Перспективы развития электроэнергетики
• Заключение
• Список литературы

Потребление энергии в настоящее время является неотъемлемой частью существования современного человечества. Для удовлетворения потребностей современного человека необходимо большое количество энергии, которую он получает с помощью различных богатств нашей планеты.

Потребность в энергии у человека возникла еще с давних времен, когда люди научились добывать огонь, в то время ресурсами для выработки энергии служила древесина. Во время индустриальной эпохи человек научился добывать энергию из воды и различных видов горючих ископаемых, таких как нефть, газ, уголь.

Сначала человек не обращал внимания на то, к каким последствиям может привести бурное использование данных источников энергии, но в настоящее время человечество все больше обеспокоено влиянием электростанций на экологию, ведь именно энергетическая промышленность является одним из главных «возбудителей» нынешних экологических проблем.

В своей работе мы хотим показать влияние различных видов электростанций на современную экологическую обстановку, а также планируем рассказать о перспективах развития электроэнергетики в будущем.

Глава 1. Экологическая деятельность электростанций и ЛЭП

1.1 ТЭС

Что же такое ТЭС? ТЭС — Тепловая электростанция, вырабатывающая энергию за счет преобразования энергии горючих ископаемых — уголь, нефть, газ. На сегодняшний день тепловая энергетика занимает 1 место в мире по выработке энергии. 60% всей электрической энергии на Земле вырабатывается на тепловых электростанциях.

Тепловая энергетика занимает ведущее место в доле выработки энергии многих стран, так как стоимость строительства и эксплуатации ТЭС значительно ниже других видов электростанций. Кроме того, практически на выбор территорий для размещения ТЭС не влияет климатический фактор.

Но, являясь крупными промышленными объектами, тепловые электростанции (ТЭС) создают значительную техногенную нагрузку на окружающую среду. В процессе эксплуатации ТЭС выбрасывают в окружающую среду оксиды серы, азота, окись углерода и другие токсиканты и аэрозоли (зола, сажа), содержащие, как правило, токсичные канцерогенные вещества, загрязняя тем самым воздух, подземные и поверхностные воды, почвенный покров. Считается, хотя это и не бесспорно, что тепловое «загрязнение» атмосферы создает «парниковый эффект». Работа ТЭС имеет и другие негативные экологические последствия: терриконы золоотвалов, необходимость сжигать огромное количество органического топлива (уголь, нефть, газ). С другой стороны человечество осознает, что ресурсы горючих полезных ископаемых ограничены и что нефть и газ следует использовать в химической промышленности. Реальные источники нефти и газа переместились в труднодоступные регионы России, в зоны северных морей, и для их разведки, добычи и транспортировки требуются огромные капиталовложения.

По данным Государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации», теплоэнергетическими предприятиями ежегодно в атмосферу выбрасывается свыше 4400 тыс. тонн загрязняющих веществ, в поверхностные воды сбрасывается около 9000 млн. м3 загрязненных сточных вод, образуется около 70 млн тонн твердых отходов.

Кроме вреда окружающей среде теплоэлектростанции наносят вред и здоровью человека. Понижается площадь сельскохозяйственных и рекреационных территорий.

Самыми опасными для окружающей среды являются электростанции, работающие на угле. Это связанно с образованием техногенных месторождений. Например, Змиевская ТЭС, которая находится на территории Украины, складирует более 800 тыс. т/год золошлаков и выбрасывает в атмосферу около 300 т/сут пыли. Многие отходы первичного сырья могут оказаться ценными для других отраслей промышленности. Поэтому нынче идет разработка использования техногенных месторождений из отходов первичного сырья. В техногенных месторождениях содержится огромное количество минералов — около 30 000, в то время как в обычных месторождениях — около 3000. Среди элементов примесей привлекают свое внимание такие редкие элементы, как Sc, Zr, V, Ni. Из-за многообразия минеральных форм переработка данного сырья затруднена и влечет за собой огромные капиталовложения.

Для контроля состояния окружающей среды и предотвращения необратимых процессов в пределах зоны техногенного воздействия (ЗТВ — территория вокруг промышленного (хозяйственного) объекта, на которую распространяется его воздействие) организуют мониторинг воздушной, водной и геологической среды.

Следует также иметь в виду, что использование ТЭС приводит к кризису ресурсов. Так, согласно оценкам, угля на планете хватит на 100−300 лет, нефти на 40−80 лет, природного газа на 50−120 лет.

1.2 ГЭС

Гидроэлектростанция — электростанция, получающая электрическую энергию за счет энергии падающей воды. Гидроэлектростанции, как правило, строят на порожистых реках, водопадах. Для работы ГЭС сооружают плотины, которые затопляют близлежащие территории. Четверть всей энергии на Земле получают за счет энергии ГЭС. Некоторые страны, такие как Норвегия, Бразилия, Канада получают большую часть энергии от ГЭС. Главными условиями строительства данных электростанций являются обеспеченность водой и большой уклон рек. Крупнейшая ГЭС «Три ущелья» находится в Китае мощностью 22.5 ГВт.

Преимуществами ГЭС являются: дешевая энергия, использование возобновляемого источника энергии. Но ГЭС очень дороги при строительстве и в эксплуатации.

Огромной экологической проблемой ГЭС является строительство водохранилищ, которые влияют на изменение климата близлежащих территорий и являются естественными накопителями загрязнений. Водохранилища ослабляют континентальность климата, что приводит к изменению видового состава данной территории, т.к. не все животные и растения могут перенести избыточную влажность. Также строительство плотин приводит к затоплению близлежащих территорий, в том числе и плодородных сельскохозяйственных угодий, пастбищ и др. полезных земель. Также плотины расчленяют и трансформируют речные экосистемы. Вдобавок к экологическим проблемам плотины ставят и социальные проблемы, например, из-за затопляемости территорий приходится переселять целые поселения, лишать своих домов многих людей.

Еще одной проблемой ГЭС является то, что плотины препятствуют миграции рыб вверх по течению, что приводит к обеднению экосистемы рек. Для решения этой проблемы некоторые страны, такие как Норвегия, создают искусственные водоемы для рыб. Норвегия также использует тактику мелких ГЭС, которые обеспечивают энергией отдельные населенные пункты, и где жители сами обслуживают данные электростанции.

1.3 АЭС

Атомная электростанция — ядерная установка для производства энергии. Атомная энергетика — один из самых молодых видов электроэнергетики, который начал развиваться только с середины прошлого столетия. АЭС имеют множество преимуществ над другими видами электростанций. Во-первых, независимость от месторождений источника сырья, так как перевозка сырья для АЭС не требует больших расходов. Во-вторых, более экологическая выработка энергии, то есть АЭС наносят меньше вреда, чем те же ТЭС.

На сегодняшний день некоторые страны, например Франция, производят практически всю свою энергию на АЭС, это связано с тем, что во Франции нет горючих полезных ископаемых для ТЭС и порожистых рек для ГЭС.

Недостатками АЭС являются тяжелые последствия аварий, а также затраты на обслуживание и обеспечение мер безопасности, в первую очередь — радиационной. Одним из основных источников радиоактивного загрязнения окружающей среды, представляющим серьезную экологическую опасность, являются отходы, которые образуются предприятиями по добыче и переработке урановых руд, по производству тепловыделяющих элементов и которые образуются при работе АЭС.

Атомные электростанции не наносят существенного вреда окружающей среде в рабочем состоянии. Атомная энергия относительно безопасна для экологии Земли. Выбросы радионуклидов во внешнюю среду ничтожны по сравнению с выбросами вредных веществ на ТЭС. Если на атомных электростанциях будут работать ответственные люди, а также данные электростанции не будут построены в сейсмически опасных зонах, то риск радиационной катастрофы уменьшится. Перспективы развития в данной отрасли энергетики огромны. По таблице выбросов в атмосферу радионуклидов Балаковской АЭС видно, что штатные нормы выбросов опасных веществ на 3−4 порядка ниже допустимых.

Рис. 1. Таблица допустимых и штатных выбросов радионуклидов Балаковской АЭС

Чтобы понять экологические последствия после аварий на АЭС, рассмотрим территорию Брянской области, которая находится на расстоянии 150 км от места аварии на ЧАЭС.

экологический электростанция альтернативный энергетика

Рис. 2. Карта, иллюстрирующая загрязнение территории Брянской области в результате аварии на Чернобыльской АЭС

Как следует из рисунка 2, западные районы Брянской области сильно загрязнены Cs ¹³⁷ и, по прогнозам, еще десятки лет эта территория будет не безопасна для земледелия, так как некоторые радионуклиды еще долгое время будут содержаться в почве.

1.4 ЛЭП

С вопросами экологической безопасности связана еще одна проблема энергетики — передача электроэнергии от мест ее выработки до потребителя. Неблагоприятное воздействие линий электропередач (ЛЭП) на окружающую среду общеизвестно и обусловлено мощными электромагнитными полями (ЭМП) и рядом сопутствующих явлений — отчуждением значительных территорий под трассы (коридоры, просеки) ЛЭП, использование гербицидов (раундап и другие) для подавления растительности на просеках. Естественно, что все может приводить к развитию онкологических заболеваний у взрослых и детей и, как следствие, к социально-психологической напряженности в населенных пунктах вблизи которых (или через которые) проходят ЛЭП. Поэтому при проектировании и строительстве ЛЭП необходимо минимизировать их нагрузку на живую природу и человека.

1.5 Альтернативная энергетика

Альтернативная энергетика — использование некоторых видов возобновляемых источников энергии, которые призваны снизить экологическую нагрузку на окружающую среду от топливно-энергетического комплекса.

Виды электростанций альтернативной энергетики: СЭС — солнечные электростанции, ВЭС — ветровые электростанции, ПЭС — приливные электростанции, геотермальные электростанции и другие электростанции нетрадиционных способов добычи энергии.

В настоящее время уже 6−7% всей энергии на Земле вырабатывается за счет альтернативной энергии. И каждый год на Земле увеличивается процент использования альтернативной энергетики.

Основными плюсами альтернативных источников энергии является то, что они абсолютно экологичны и обходят стороной ресурсный кризис. Но недостатком данной энергетики является ее маломощность, а также очень дорогое строительство и обслуживание. Альтернативная энергия считается самой дорогой на сегодняшний день, и такие электростанции могут позволить себе далеко не любые страны.

В современно мире альтернативная энергетика больше всего развивается в Европе, т.к. там наблюдается недостаток ресурсов. Например, в Дании 30% энергии производится за счет энергии ветра, в будущем планируется повысить эту цифру до 50%. Германия является на сегодняшний день лидером альтернативной энергетики, помимо развития ветровой энергии, в этой стране реализован проект «Тысяча крыш», согласно которому на многоэтажных домах устанавливались собственные солнечные батареи, которые обеспечивали энергией здания. Лидерами в использовании геотермальной энергии являются Исландия и Филиппины, за счет использования геотермальных вод на их территории. Также ведутся исследования в области грозовой энергетики, но из-за ее ненадежности таких электростанций пока не существует. Также существуют различные другие «безумные» проекты добычи энергии, например, из воздуха с помощью вибраций возникающих в атмосфере, изобретен прототип подводной электростанции, вырабатывающей энергию за счет колебаний, исходящих от подводных течений, такая электростанция вырабатывает 250 кВт энергии. Но самым оригинальным, по моему мнению, является задумка, выработки энергии за счет пешеходов, так в Японии под турникетами вокзалов встроены пьезоэлементы, которые под действием вибраций и давления проходящих мимо пешеходов вырабатывают электроэнергию.

В будущем альтернативная энергетика сможет снять ту напряженность, которая сейчас наблюдается в мире в связи с экологическими и экономическими проблемами. Однако экологические последствия альтернативной энергетики сейчас не проявляются из-за незначительного использования данного вида энергии. Так, например, ветровые электростанции забирают часть кинетической энергии ветра себе, вследствие чего меняется скорость ветра, что сказывается на континентальности климата. Солнечные электростанции изменяют альбедо, (отражательную способность земной поверхности) то есть, нагревают воздух над электростанциями, приливные электростанции, тормозят вращение Земли. Все эти последствия в настоящее время настолько ничтожны, что их не берут во внимание, но если мы будем использовать слишком много альтернативной энергетики, стоит уже сейчас задуматься об этих проблемах и подвергнуть их тщательному научному анализу.

Глава 2. Перспективы развития электроэнергетики

При современном уровне потребления электроэнергии стоит задуматься о будущем энергетики в целом. Потребности человека растут, ресурсы не бесконечны, откуда же нам брать энергию в будущем?

На сегодняшний день, самым оптимальным вариантом на ближайшие сто лет является атомная энергетика. Запасов урана на Земле пока что еще хватает в отличие от органического топлива, которое вдобавок сильно загрязняет окружающую среду. Также следует обратить внимание на альтернативные источники энергии, которые используют возобновляемую энергию и способны работать, не нанося существенный вред нашей планете.

Россия в настоящее время является одной из стран, которая способна добывать электроэнергию на своей территории, не закупая ее у других стран. Это делает нашу страну одной из крупнейших энергетических держав мира. Будущее нашей энергетики не так плачевно, как у других стран. Но у нашей страны есть минус, наша энергетика до сих пор использует много традиционных методов добычи энергии, в то время как в других развитых странах вводятся в эксплуатацию новые технологии в области нетрадиционной добычи энергии.

Как и во многих отраслях промышленности будущее энергетики за технологиями, и оттого как мы будем развивать нашу электроэнергетику и будет зависеть количество производства энергии в будущем, ведь ресурсы нашей планеты не безграничны, да и экологическая обстановка на планете оставляет желать лучшего.

Заключение

Итак, учитывая данные, которые я привел в данной работе, можно утверждать, что современный уровень энергетики находится не на самом лучшем уровне. На сегодняшний день 67% энергии добывают на ТЭС, которые угнетают современную экологическую обстановку.

Делая вывод по данной работе, можно сказать, что современному человеку стоит задуматься о рациональном использовании энергетических ресурсов, ведь все последствия нерационального использования и добычи электроэнергии скажутся на состоянии нашей планеты и человека в целом.

На сегодняшний день люди в поисках коммерческой выгоды совсем забыли о своем будущем и состоянии нашей Земли.

По-моему мнению, человеку стоит изменить себя и прекратить бездумно использовать ресурсы нашей планеты с целью обогатиться. Нужно рассуждать трезво и думать о будущем своих потомков, о том в каком мире будут они жить.

1. Рац Г. И., Мординова М. А., Развитие альтернативных источников энергии в решении глобальных экологических проблем / Проблемы мировой экономики Известия ИГЭА. 2012. № 2 (82) с. 132−136.

2. Горлачев В. Ю., Эколого-энергетический аспект качества жизни / Философия Гуманитарный вектор. 2012. № 3 (31) с.58−62.

3. Балонов М. И., Брук Г. Я., Голиков В. Ю., Еркин В. Г., Звонова И. А., Пархоменко В. И., Шутов В. Н., Облучение населения Российской Федерации вследствие аварии на Чернобыльской АЭС / Радиация и риск, 1996, вып .7 с. 39−71.

4. Газиев И. Я., Крышев А. И. Модельные расчёты радиоактивного загрязнения окружающей среды и оценки доз облучения населения зоны наблюдения Балаковской АЭС / Радиация и риск. 2011. Том 20. № 2 с.47−57

5. Орехов В. Ф., Краснов А. Н., Проблемы Чебоксарского водохранилища «Проект 68» — прыжок с разбега на гигантские грабли / астраханский вестник экологического образования № 3 (25) 2013. с. 170−184.

6. Каюмов А. А. Об общественной экологической экспертизе проекта «Завершение разработки проектной документации „строительство Чебоксарской ГЭС на реке Волге“ в части, касающейся поднятия уровня чебоксарского водохранилища до отметки нормального подпорного уровня 68 метров» / Астраханский вестник экологического образования № 4 (26) 2013. с. 231−253.

7. Лобачева Г. К., Смотрова О. Г., Гучанова И. Ж., Филиппова А. И., Колодницкая Н. В., Сметанин В. И. Состояние поверхностных и подземных вод Волгоградской области и способы их защиты от загрязнения / Вестник ВолГУ. Серия 10. Вып. 6. 2012 с. 101−109

8. Лукьянчикова Н. П., Стратегия и перспективы развития энергосистемы России / Региональное и отраслевое развитие Известия ИГЭА. 2006. № 1 (46) с. 31−38

9. Брюхань А. Ф. Зоны техногенного воздействия тепловых электростанций / Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. 2011. Вып. 1. С. 16—22.

10. Коваленко А. М., Касимов А. М., Ковалев А. А., Утилизация отходов тепловых электростанций украины, использующих пылеугольное и жидкое топливо / Вестник ХНАДУ, вып. 52, 2011 с. 72−77.

11. Ушаков И. Б., Давыдов Б. И., Зуев В. Г. «Экологическая и энергетическая составляющие в системе национальной безопасности: противоречия», Экология человека 2004г

12. Кузнецов Г. В., Литвак В. В., Максимов В. И., Математическое моделирование процессов биологического загрязнения технологических водоемов тепловых электрических станций / Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 314. № 4 с. 16−20.