Экологические аспекты нетрадиционной энергетики.
Расширение использования НВИЭ во многом связывается с надеждами на получение экологически более безопасных источников энергии. Поэтому в начальной стадии развития этих источников энергии необходимо с возможно большей полнотой выявить реальную степень их воздействия на окружающую природную среду.
Это позволит избежать ошибок, допущенных при освоении традиционных источников энергии, когда сначала были созданы технологические принципы и конструкции энергоустановок, и лишь затем, в процессе эксплуатации, начались поиски путей подавления отрицательных экологических воздействий. «Далее приведены наиболее характерные воздействия на окружающую природную среду, возникающее при использовании НВИЭ.
Солнечная энергия.
Низкотемпературные солнечные системы тепло и водоснабжения являются наиболее распространенными в данный период как в индустриально развитых, так и в развивающихся странах. Средне и высокотемпературные солнечные установки пока еще находятся на стадии интенсивной разработки. В мире создано несколько солнечных электрических станций (СЭС) с использованием рассредоточенных параболических систем концентраторов (общей мощностью ~ 400 МВт). Опыт их эксплуатации, в частности, показал, что основным экологическим фактором для СЭС по термодинамическому циклу преобразования энергии является блокировка оборудованием значительных земельных территорий. Так, средняя потенциальная возможность СЭС данного цикла оценивается в 30 — 40 МВт с одного км2.
Потенциальные возможности получения предельной мощности фотопреобразователей в 45 — 60 МВт с 1км2 (при их КПД до 15%) и 60 — 100 МВт (при КПД фотопреобразователей — до 25%). В расчете на 1 МВт получаемой мощности СЭС на фотопреобразователях вдвое экономичнее используют территории, чем СЭС, выполненные по термодинамическому циклу с центральными приемниками.
Кроме потребности в сравнительно больших площадях, создание СЭС связано, хотя это может показаться на первый взгляд странным, с весьма опасным загрязнением водного и отчасти воздушного бассейна, которое может происходить в процессе изготовления гелиоэлементов. Для тепловых СЭС используются большие поверхности зеркал, изготавливаемых с применением соединений ртути. В призводстве фотопреобразователей используются соединения мышьяка, селена, сурьмы, кадмия и других токсичных химических элементов. Для извлечения их из сточных вод и выбросов в атмосферу применяются весьма сложные и дорогостоящие методы очистки.
Ветроэнергетика.
Практическое использование самых разнообразных источников энергии ветра получило во многих странах широкое распространение. В США эксплуатируется несколько десятков тысяч ветро энерго генераторов.
Существенными установленными мощностями располагают страны Западной Европы:
- Великобритания — около 500 МВт,
- Германия — 100 МВт,
- Дания — более 100 МВт,
- Нидерланды — 140 МВт,
- Швеция — 10 МВт и т.д.
Опыт эксплуатации ветроэнергостанций (ВЭС) показал, что экономически предпочтительнее использовать станции мощностью от 100 до 350 кВт.
Основные факторы воздействия ветроэнергетики на окружающую природную среду — это блокировка земельных территорий, шумовые эффекты, высокая металлоемкость ветроустановок, гибель перелетных птиц под ударами пропеллеров. Максимальная мощность, которая может быть получена с 1 км2 площади, колеблется в широких пределах в зависимости от района размещения, типа и технологических особенностей конструкции станции. Среднее значение составляет 10 МВт/км2. Шумовой эффект в непосредственной близости от ВЭС в зависимости от ее мощности может достигать 50 — 80 дБ. Пороговая выносливость человеческого уха, принятая на основе болевых ощущений, равна 180 дБ. Особенно высокие шумовые воздействия возникают при эксплуатации установок мощностью более 250 кВт, когда на концах лопаток ветроколес большого диаметра скорости потока воздуха достигают сверхзвуковых. При этом возникает инфразвуковой эффект, отрицательно воздействующий на человека и на другие биологические субъекты.
Существенную роль играет показатель затрат металла на единицу мощности.
В зависимости от уровня мощности этот показатель для ВЭС ориентировочно меняется в диапазоне 50 — 70 кг/кВт. В настоящее время имеется тенденция замены элементов металлических конструкций, в первую очередь лопастей ветроколес, на стеклопластиковые. Следовательно, необходим экологический анализ последствий химических производств, связанных с созданием данных конструкционных материалов.
По оценкам Всемирного конгресса Международного общества по солнечной энергии в Денвере (США), если принимать во внимание экологические факторы, то СЭС и ВЭС уже сегодня более экономичны, чем ТЭС и АЭС.
Геотермальная энергия. Использование энергии высокопотенциальных геотермальных источников издавна привлекало человечество.
К настоящему времени сложилось следующее распределение установленных мощностей геотермальных теплоэлектростанций (Гео ТЭС) в индустриально развитых странах мира:
- 70% — в США;
- 28% — в Италии, Новой Зеландии и Японии;
- 2% приходятся на Грецию, Исландию, Португалию, Россию и Францию.
Экологическое воздействие Гео ТЭС и геотермальных технологических установок на окружающую среду сводится:
- к воздействию минерализованных геотермальных вод и пара;
- к опусканию земной поверхности (иногда значительному по размерам), находящейся над разрабатываемым геотермальным пластом;
- к повышенному (в сравнении с ТЭС равной мощности) тепловому воздействию Гео ТЭС на окружающую среду.
В составе выводимых на поверхность вод находятся: нитриты, хлориды и сульфиды некоторых металлов; опасные химические элементы (бор, мышьяк); сероводород (безвредный — в небольших количествах, токсичный — с ростом концентрации). При отсутствии обратной закачки в пласт возникает опасность засоления водных объектов и почв в районе использования геотермальных вод и падения пластового давления. Изменение давления в пласте в процессе длительной эксплуатации скважин влияет на уровень подземных вод в этом районе и может оказать отрицательное воздействие на работу артезианских скважин и водоснабжение.
Энергия биомассы.
Особое значение источники энергии данного типа имеют для развивающихся стран. В энергобалансе стран Африки они составляют в среднем 60%, Латинской Америки — до 30%, азиатских стран — до 40%, некоторых стран Европы, Ближнего Востока и Северной Африки — до 10% общего энергопотребления. Однако и индустриально развитые страны стимулируют развитие данного направления нетрадиционной энергетики. США, Дания и Швеция довели производство энергии биомассы до 400 МВт. Значительное развитие получила переработка биомассы, основанная на процессах газификации, пиролиза и получения жидких топлив. Например, в Бразилии, начиная с 1980 года, производство этанола достигло 10 млн л в год. В ряде стран (Зимбабве, Кения, Мали) этанол покрывает от 3 до 15% потребления всего бытового топлива.
В результате процесса биологической ферментации при переработке биомассы в этанол образуются побочные продукты, в том числе промывочные воды и остатки перегонки. Последние являются серьезным источником загрязнения окружающей среды. Их масса в несколько раз (до 10) превышает массу производимого продукта — этилового спирта. Представляют интерес технологии, которые позволяют в процессе очистки этих отходов получать вещества, используемые в химической промышленности, а также в качестве удобрений.
Утилизация органических отходов имеет, прежде всего, экологическую направленность и играет даже большую роль, чем энергетический эффект на основе использования этого вида сырьевых ресурсов. Особенно эффективна она в регионах с влажным теплым климатом и в крупных городах.
Мини и микро ГЭС.
Установлено, что на основе этих установок возможно экономически рентабельное производство электроэнергии на уровне 6,5% существующего потенциала гидроресурсов.
Данные установки минимально воздействуют на окружающую природную среду, так как не требуют строительства плотин, водохранилищ, береговых сооружений. За последние годы достигнуты серьезные успехи в этом направлении, особенно в Индии и Китае.
Выпускаемые в Харькове и Сызрани (Россия) микро ГЭС соответствуют современным научно-техническим и экологическим требованиям. Спрос на них существует как в Украине, России, так и за рубежом (Индия, Китай, Южная Америка).
