Преобразование энергии и вредные нагрузки на окружающую среду.
Необходимое человеку производство энергии всегда связано с нагрузками на окружающую среду, будь то сжигание горючих полезных ископаемых, ядерная реакция или использование регенерируемых (альтернативных) видов энергии.
Рисунок. Нагрузки на окружение при производстве энергии.
Первичная энергия (химическая энергия нефти, атомная, солнечная и прочие) преобразуется во вторичные виды энергии — тепло и электроэнергию, которые, чаще всего через промежуточные стадии преобразования, поступают к потребителю.
Рисунок. Нагрузка окружающей среды при использовании энергии.
(1 - воздух, 2 - водоемы, 3 - почва).
Добыча первичных энергоносителей.
Добыча каменного угля (КУ) из шахт и бурого угля (БУ) из карьеров обуславливают нагрузку на окружающую среду:
- нарушение земной поверхности вследствие оседания грунта (КУ);
- отвалы пустой породы (30 — 40% добытой массы КУ);
- изменение ландшафта терриконами (КУ, БУ);
- выбросы SO2 при тлении угля в терриконах;
- снижение уровня грунтовых вод (КУ, БУ), а отсюда — нанесение вреда растительности;
- засоление производственных стоков (13 м3 / тонн воды при добыче БУ), промывочная вода при добыче КУ;
- выбросы пыли и шумовые нагрузки.
Глубокие нефтяные скважины сегодня выносят на-гора до 50% соленой воды. Из-за высокой вязкости нефть проникает только в верхние слои почвы, но при утечках из нефтепроводов, проложенных по дну моря, и из танкеров сильно загрязняет воду. Природный газ — относительно чистый первичный энергоноситель, поскольку его можно очистить (прежде всего от серы) на месте добычи.
Таблица. Выбросы вредных веществ из энергодобывающих установок.
На месте потребления (г / (МВт · ч) полезной энергии) | SO2 | NOx | СО | CmHn | Пыль |
Мазутные топки | 500 | 180 | 360 | 54 | 9 |
Отопление природным газом | 3,6 | 108 | 252 | 5 | — |
Печи / бурый уголь | 432 | 43 | 25 200 | 540 | 1188 |
Печи / каменный уголь | 1584 | 180 | 36 000 | 1440 | 1260 |
Газовый тепловой насос | 3,6 | 3600 | 720 | 540 | — |
Тепловой насос на дизельное топливе | 500 | 2340 | 720 | 360 | 90 |
На месте преобразования (г / (МВт · ч) первичной энергии) цифры в скобках — оценочные значения | |||||
Нефтеперегонные заводы | 171 | 190 | 80 | 50 | 34 |
Электростанция на угле(старая) | 3840 | 1900 | 60 | 12 | 682 |
Электростанции в среднем (θ) | 2185 | 1013 | 32 | 12 | 183 |
Крупные угольные электростанции | 500 | 2100 | 315 | 12 | 63 |
Электростанции со сжиганием угля (в вихревом потоке) | 320 | 517 | 60 | 12 | 104 |
Коксохим заводы | 300 | 190 | 80 | 74 | 34 |
Сжигание мусора | (1500) | (575) | (750) | (670) | (220) |
Рисунок. Соотношение выбросов (слева) и вредного влияния (справа вверху).
Преобразование энергии.
Наибольший вред наносится окружению при использовании горючих ископаемых в процессе преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию для привода турбин на теплоэлектростанциях, двигателей внутреннего сгорания и дизелей и для отопления. Сначала пытались уменьшить концентрации выбросов в месте расположения крупных теплотехнических установок путем наращивания высоты дымовых труб, но при этом расширилась территория отравления лесов и озер, загрязняемых вредными веществами, вымытыми из атмосферы (кислотные дожди).
Преобразование энергии без тепловых потерь невозможно: на 1 кВт • ч добытой электроэнергии приходится 0,5 — 2 кВт • ч неиспользуемого тепла. Тепло при сухих способах охлаждения попадает в атмосферу, а при жидкостном охлаждении — с теплыми стоками — в водоемы.
Транспортирование энергии.
Доставка энергоносителей производится по магистральным газо- и нефтепроводам и транспортом, а электроэнергии — по линиям электропередач. Потенциальная опасность вследствие дефектов в газо- и нефтепроводах, проложенных по морскому дну и в холодных районах, из-за вероятности коррозии и разрыва труб достаточно велика.
Транспортные перевозки — наиболее опасный источник загрязнений: риск возрастает начиная от морского транспорта, железнодорожного, каботажного и заканчивая автодорожным. Трассы воздушных линий электропередач с полосами отчуждения под ними шириной в 200 метров, пересекая местность, разделяют биотопы между собой и нарушают их покой.
Потребление энергии.
Потребление энергии промышленностью, транспортом, в быту и мелкими потребителями (например, ремесленными предприятиями) из-за их концентрации в густонаселенных районах представляет собой особую проблему, В разных отраслях производства выбросы разл, (например, цианиды в доменном процессе, фтор при выплавке алюминия), как и при использовании различных способов генерации энергии в быту. Изменение способов генерации энергии влияет, как правило, только на проблему вредных выбросов.
Автотранспортные средства с тенденцией к нарастанию влияют на окружающую среду шумовыми нагрузками, содержанием в выбросах СО, Pb, SO4, NO и УВ.
Рисунок. Выбросы в ФРГ (относительная доля).
Все риски, связанные с получением энергии в ФРГ, контролируются и сводятся к минимуму на основе законодательно предельно допустимых значений, перечисленных в "Правилах обращения с радиоактивными веществами", "Технических требованиях к воздуху" (ТА Luft), "Предписании по обращению с крупными топливосжигающими установками" (GFAV), а также экономическим стимулированием водителей, использующих катализаторы в глушителях автомобилей.
Предельно допустимые величины всегда отражают полит, компромисс между производством, сопряженным с выбросами, и отказом от этого производства.
Сравнение степени опасности различных способов получения энергии
Осуществляется на базе опыта и высоких расчётов и до сих пор ограничивалось альтернативным сравнением тепловой и атом, энергии, а также сравнением ископаемых носителей энергии с альтернативными ее источниками.
Данные анализа и результаты противоречиво интерпретировались на базе контраргументации:
- Ц. Блэк и Ф. Ниегаус видят в использовании угля меньшую опасность, чем при возведении и эксплуатации башенных электростанций на солнечной энергии.
- Г. А. Бете усматривает в использовании угля большую вредность для персонала и населения, чем при эксплуатации атом, станций.
- Д. Тойфель, Лёбен и В. Шофф считают радиоактивные выбросы атом, станций значительно большим злом, чем выбросы электростанций, традиционно работающих на угле.
