3. Экологические проблемы энергетики

Энергетика представляет собой область хозяйства, охватывающую использование различных энергетических ресурсов, включая выработку, передачу, сохранение и использование энергии. К энергетическим ресурсам относится энергия Солнца и космоса, атомно-энергетические, топливно-энергетические, геотермальные, гидравлические и другие источники энергии. История человечества является в то же время историей освоения все новых видов энергетических ресурсов, что было одним из важнейших факторов смены исторических типов природопользования. В настоящее время человечество удовлетворяет свои потребности в энергии за счет теплоэнергетики, гидроэнергетики, атомной энергетики и ряда других источников, в т.ч. так называемых альтернативных. По состоянию на конец 1980-х годов среди первичных источников энергии (в пересчете на условное топливо) 44% приходилось на нефть и продукты ее переработки, 21 % - на природный газ, 22% - на уголь, по 5% - на атомную энергию и гидроэнергию, 2% - на прочие источники (дрова и т.п.). При этом В электрическую преобразуется лишь 36% первичной энергии, Остальные энергоресурсы потребляются непосредственно промышленностью (23%), транспортом (28%), бытовыми потребителями (13%). Таким образом, в мировом энергетическом балансе резко преобладают невозобновимые источники энергии. Теплоэнергетика. Взаимодействие тепловых электростанций и котельных с окружающей средой заключается 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 обуславливается предварительной очисткой от сернистных соединений. Для электростанций, работающих на угле, горючих сланцах и торф, 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. Эффективным способом решения этой проблемы является 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 природоемкие материалы как цемент и песок. Имеются опыты использования золы для мелиорации кислых почв. В то же время, возможность тех или иных форм утилизации золы и шлака находится в зависимости от содержания в них микроэлементов. Как следует из вышеприведенного, наиболее приемлемым с этой практической точки зрения видом ископаемого топлива является природный газ. Перевод на газовое топливо тепловых электростанций и котельных позволяет существенно снижать уровень загрязнения атмосферного воздуха городов. С технологической точки зрения (возможность транспортировки по трубам, удобство регулирования процесса горения, высокая калорийность) газ тоже удобнее других видов топлива. Поэтому доля газа в мировом топливно-энергетическом балансе (21 %) за последние десятилетия многократно возросла и резко превысила его долю в энергетических ресурсах. На газ приходится всего 5% разведанных запасов топливно­энергетических ресурсов мира (в пересчете на условное топливо, тогда как на уголь - 79%. Современный этап развития мировой энергетики получил образное название "газовой паузы" между преимущественно угольной энергетикой прошлого и гипотетической термоядерной энергетикой будущего.

Тепловые электростанции, вне зависимости 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 сопряжена с химическим или радиационным загрязнением 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 гидробионтов. Особенно много негативных последствий имеет создание значительных по площади водохранилищ на равнинных реках. Строительство высоконапорных плотин в горных долинах более эффективно в энергетическом отношении и, в то же время, наносит меньший ущерб земельным ресурсам. Однако здесь требуется большая осторожность, т.к. дополнительная статическая нагрузка от создаваемых водохранилищ глубиной до сотен метров способна нарушать неустойчивое равновесие тектонических блоков и провоцировать разрушительные землетрясения. Плотины и создаваемые ими водохранилища являются факторами риска для нижележащих участков речных долин. В силу этих обстоятельств, доля гидроэнергетики в мировом энергетическом балансе сравнительно невелика (5%) и относительно стабильна. В то же время для отдельных регионов (малонаселенные, устойчивые в тектоническом отношении низкогорные и среднегорные районы, такие как Скандинавия и Кольский полуостров, частично Восточная Сибирь) роль гидроэнергетики существенно выше. Значительны также потенциальные возможности малых ГЭС.

Ядерная энергетика интенсивно развивалась в период между 1954 годом (ввод первой в мире Обнинской АЭС) и 1986 годом (катастрофа на Чернобыльской АЭС). Ее развитию способствовали такие преимущества как отсутствие регулярных выбросов и сбросов, высокая транспортабельность ядерного "топлива". К концу 1983 года в 25 странах мира эксплуатировал ось 317 истроилось 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 выработала свой ресурс. Необходимость значительных дополнительных расход ради повышения безопасности атомных электростанций всего ядерно-энергетического цикла подрывает рентабельность атомной энергетики. Тем не менее, неминуемое истощение топливных ресурсов не позволяет человечеству полностью отказаться от ядерной энергетики. В настоящее время ее перспективы связываются с освоением управляемого термоядерного синтеза. Это надолго обеспечит удовлетворение потребностей человечества в энергии. Так, из дейтерия, содержащегося в 1 литре морской воды, может быть получено столько же энергии, сколько из 300 литров бензина. При этом, поскольку продуктом термоядерных реакций является стабильный, химически инертный гелий, практически исключается химическое или радиационное загрязнение.

"Альтернативная" энергетика. Под этим собирательным названием рассматривается совокупность нетрадиционных, возобновимых источников энергии: солнечная, ветровая, геотермическая, приливов и отливов, морских волн, атмосферное электричество. Преимуществ всех этих энергетических источников является их экологическая чистота - отсутствие какого-либо сопряженного с ними загрязнения, недостатком - непостоянство и связанная с этим техническая сложность использования. Отдельные регионы мира обладают значительным потенциалом, который в последние десятилетия интенсивно осваивается. Функционируют 2 экспериментальные приливно­отливные электростанции во Франции и России (Кислогубская на Кольском полуострове), в США (Калифорния), Японии, Италии, Мексике, России (Камчатка), на Филиппинах действуют геотермальные электростанции общей мощностью 5 тыс. квт. В Западной Европе и США используются десятки тысяч ветроэнергетических установок, солнечные энергетические установки обеспечивают горячим водоснабжением до 90% жилых домов и отелей на Кипре и до 65% в Израиле. Тем не менее, на все "альтернативные" источники на 1980 г. приходилось лишь0,001% мирового энергопотребления.