Весна Сборник тестовых заданий по екологии 2012

кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать лёгочную ткань и вызывать силикоз, которым раньше болели в основном шахтёры, а сейчас регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.

Серьёзные экологические проблемы связаны с твёрдыми отходами угольных ТЭС – золой и шлаками. Несмотря на использование различных фильтров, в атмосферу в виде выбросов ежегодно поступает около 250 млн т мелкодисперсных аэрозолей, способных заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Складирование золы и шлаков вблизи ТЭС требуют значительных территорий, которые долгое время не используются и являются очагами накопления тяжёлых металлов и повышенной радиоактивности.

Подсчитано, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась на угле, то выбросы углерода в атмосферу составляли бы около 20 млрд т в год (сейчас – 7 млрд т/год). Возможно, это предел, за которым прогнозируются катастрофические последствия изменения климата.

В настоящее время многие страны принимают решения о развитии альтернативных (возобновляемых) источников получения электроэнергии. Это могут быть ветровые установки (ВЭС), солнечные и геотермальные станции (СЭС и ГеоТЭС), механизмы, работающие на биотопливе (БиоЭС), различные виды гидроэнергетики и др.

Гидроэнергетика – это ГЭС с использованием плотины и гидроаккумулирующие (ГАЭС) электростанции на реках, океанские (ОГЭС и ОТЭС): приливные (ПЭС), волновые, использующие энергию течений и растворения пресных вод в океане, использование температурных градиентов морей на поверхности и больших глубинах и др.

Однако сейчас их доля всего 1 % энергопотребления и по прогнозам к 2020 г. вырастит максимум до 5–6 %. Причём нет уверенности, что эти оптимистические прогнозы сбудутся.

Основанием для этого скепсиса служат убеждения, что в технологиях альтернативной энергетики есть неустранимые технические трудности, в том числе экологического характера, которые, возможно, не позволят им заменить существующие источники энергетики.

Один из главных недостатков альтернативной энергетики – зависимость режима выработки электроэнергии с ритмом производства

141

ипотребления. Альтернативная энергетика из-за принципиальной зависимости от природных обстоятельств, не подвластных человеку, является нерегулируемым источником энергии. При современных технологиях это приводит к необходимости строительства гигантских аккумуляторов для выработанной энергии, что трансформирует проблему с экологической точки зрения от чистой энергетики к грязному производству. Возникает парадокс альтернативной энергетики: чистая энергия требует грязного производства материалов и оборудования.

Альтернативная энергетика требует огромных затрат материалов

иотчуждения земной площади на единицу вырабатываемой энергии. Соответственно, это снова связано с ресурсным обеспечением человеческой цивилизации уже с другими материалами и дальнейшей пространственной экспансией человека в окружающей среде. Кроме того, возникают проблемы с эксплуатацией и ремонтом оборудования альтернативных энергоустановок. Например, мощнейший (6,0 МВт) современный ветрогенератор имеет диаметр ротора 114 м

ивысоту башни 124 м.

Рис. 7.1. Полная энергия и её стоимость для ВИЭ

Альтернативные источники энергии вызывают свои собственные, характерные только для них, загрязнения окружающей среды. С некоторых пор ветряные электростанции стали символом альтернативной энергетики. Однако ветровая электроустановка (ВЭУ) кроме генерации электроэнергии является еще и генератором колебаний

142

разных частот, как высоких (шум), так и низких (инфразвук). Рядом с крупными ВЭУ создается высокий уровень шума – более 100 дБ. Отмечено, что в районах размещения ВЭУ сначала исчезают птицы, потом животные, разъезжаются люди, а далее дело доходит до исчезновения какой-либо растительности. К тому же они ухудшают радиосвязь, создают радиопомехи.

Несомненно, что в ближайшей перспективе тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. В силу неподготовленности альтернативных технологий велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии.

Человечеству необходимо разрабатывать новые технологии, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на окружающую среду применяемых методов получения энергии.

Основные направления деятельности в этом процессе:

1.Использование и совершенствование очистных устройств.

2.Совершенствование технологий очистки и подготовки топлива, включая установки по улавливанию и хранению углекислого газа в геологических формированиях.

3.Экономия энергии в быту и на производстве. Усовершенствование и разработка энергосберегающих технологий.

4.Повышение коэффициента полезного действия существующих технологий получения энергии.

Тестовые задания

143

144

145

146

147

148

7.2.Ядерная энергетика

Внастоящее время около 30 стран мира эксплуатируют примерно 440 реакторных энергоблоков общей мощностью почти 370 ГВт, при этом доля ядерной энергетики в общей структуре электроэнергетики составляет 15–17 %.

Долгосрочные прогнозы мировой атомной энергетики весьма противоречивы, что отражает и отношение к ней общества, и неблагоприятную для неё конъюнктуру, и настроения в самом ядерном сообществе после неудавшейся попытки решить все проблемы сразу. Катастрофические события на Чернобыльской АЭС и в Японии на АЭС «Фукусима» нанесли тяжелейший удар по перспективам развития атомной энергетики. Неопределённость прогнозов развития атомной энергетики на ближайшие десятилетия не опровергает утверждения, что другого способа, сопоставимого с возможностями ядерной технологии подхватить требуемый поток энергопроизводства, в обозримом будущем у человечества пока нет.

Объёмы производства ядерной энергетики сейчас не сопоставимы с масштабами традиционных технологий, но из большого практического опыта её развития на первом, полувековом этапе не отрицается принципиальная возможность решения поставленной задачи.

Внастоящее время атомная энергетика сохраняет свои позиции как один из основных мировых источников энергии. На ядерную энергию приходится ~6 % мирового топливно-энергетического баланса и ~15 % производимой электроэнергии. Доля атомной энергетики в общем производстве электроэнергии в России соответствует мировым уровням в 15 %.

Современная атомная энергетика опирается на технологии с реакторами на тепловых нейтронах (РТН), составляющие в настоящее время подавляющее большинство. В России в 2011 г. на 10 АЭС эксплуатировался 31 энергоблок установленной электрической мощностью ~23 ГВт, из которых только один реактор на Белоярской АЭС на быстрых нейтронах (РБН).

Три основных типа используемых РТН:

1.Первый (и наиболее распространённый) тип – это реактор на обогащённом уране, в котором и теплоносителем, и замедлителем является обычная вода (лёгководный реактор). На совре-

149

менном уровне развития лёгководные реакторы составляют до

80 % всего реакторного парка.

2.Второй тип реактора – газоохлаждаемый реактор с графитовым замедлителем. Наибольшее распространение этот тип реактора получил в Великобритании.

3.Третий тип реактора, имевший коммерческий успех, – это реактор, в котором и теплоносителем, и замедлителем является тяжёлая вода, а топливом служит не обогащаемый природный уран. Производство таких реакторов сосредоточено главным образом в Канаде из-за её обширных запасов урана.

По официальным данным МАГАТЭ, мировые извлекаемые запа-

сы урана по стоимостной категории до 130 дол./кг составляют примерно 5,5 млн т.(2007 г.). Основные мировые производители урана – Канада, Австралия и Казахстан, поставляющие почти 60 % сырья. По запасам урана Россия с 2007 г. находится на третьем месте вслед за Австралией и Казахстаном.

Суммарная мировая добыча урана к концу первого десятилетия XXI в. превысила 40 тыс. т. Во всём мире ядерная энергетика потребляет порядка 70 тыс. т урана в год и ожидается к 2015–2020 гг. практически полное израсходование добытых ранее запасов урана.

Современная атомная энергетика с РТН перспективу замещения крупномасштабной энергетики будущего не имеет. Принципиальной возможностью обеспечения человечества крупномасштабной ядерной энергией в будущем является использование технологии реакторов на быстрых нейтронах.

РТН используют, в основном, в качестве ядерного горючего энергию, выделяющуюся в результате реакции деления единственного природного делящегося изотопа 235U. РБН в большей степени используют энергию деления искусственного изотопа 239Pu, нарабатывающегося в самом реакторе от изотопа природного урана 238U, доля которого составляет 99,28 %. Главная особенность РБН – воспроизводство топлива в процессе работы, поэтому РБН часто называют реактором-размножителем (бридером).

Это обстоятельство заметно увеличивает сырьевые ресурсы ядерной энергетики на быстрых реакторах (до 200 раз по сравнению с РТН).

Решение задачи замещения крупномасштабной энергетики будущего ядерной энергией связывают с переходом к середине XXI в.

150