Которые говорят о том, что мировая экономика в 2014 году выросла на 3 %, при этом произошло еще одно событие, значение которого крайне велико. Речь идет об эпохальном сдвиге. Дело в том, что впервые рост мировой экономики не сопровождался ростом выбросов углекислого газа. Отчет был представлен организацией «Сеть по политике возобновляемой энергии для XXI века», которая работает под эгидой ООН.

«Виной» этому послужили активнейшие действия Китая по разработке и переходу на возобновляемые источники энергии. В 2014 году Поднебесная ввела в строй столько гидроэлектростанций, «ветряков» и станций по использованию энергии солнца, сколько ни одна страна мира. Еще одна важная веха развития Китая в прошлом году заключалась в том, что впервые за долгое время в этой стране было снижено потребление угля.

А что же Россия?

Небезосновательно считается, что запасы невозобновляемых источников энергии, в первую очередь нефти и газа, у нашей страны довольно велики. В своем докладе на прошедшем в 2013 году в Москве Первом международном форуме «Возобновляемая энергетика» академик Фортов и доктор технических наук Попель говорят об этом :

«Россия, безусловно, лучше, чем любая другая страна в мире, в целом обеспечена собственными запасами традиционных топливно-энергетических ресурсов».

Действительно, большинство российских граждан прекрасно осведомлены о том, что наша страна занимает первые места по экспорту нефти и газа. В связи с этим развитие возобновляемых источников энергии даже может показаться блажью. Однако это не так. Почему? Среди рассуждений Фортова и Попеля можно выделить несколько основных аргументов, основанных на реальном положении дел:

1. Как это не покажется странным, многие регионы страны испытывают дефицит энергии. Это касается в том числе и Субъектов Федерации, расположенных на юге. Они нуждаются в поставках энергии, а также в завозе топлива.

Ученые говорят о том, что «для них столь же актуально решение проблемы региональной энергетической безопасности, как и для стран импортеров энергоресурсов».

2. Использование газа как источника энергии - гораздо более экологичная технология, чем сжигание угля или нефтепродуктов.

Однако по данным ученых по состоянию на 2013 год, в России было газифицировано около 50 % городских и 35 % сельских населенных пунктов. «Газпром» на своем сайте приводит показатели так называемого среднего уровня газификации на начало 2013 года: в городах - 70,1%, в сельской местности - 53,1% . В любом случае ясно одно - ситуация с газификацией России далека от идеальной. Естественно, люди, живущие в местности без газа вынуждены использовать уголь и нефтепродукты, являющиеся источником локального загрязнения.

3. Природные катаклизмы высветили, что и в районах централизованного энергоснабжения необходимо развитие малой распределительной генерации.

Благодаря ей можно повысить надежность энергоснабжения потребителей в небольших населенных пунктах, которые питаются электричеством через ЛЭП, а снабжаются теплом с помощью местных котельных.

4. ВИЭ дает отличный «подсобный» эффект: развивается бизнес, появляются новые рабочие места, рождаются новые инновационные технологии и производства.

5. У России большие запасы нефти и газа, но небезграничные.

Рано или поздно, придется думать об иных источниках энергии. Однако энергетика - очень инертная сфера: чтобы что-то серьезно изменить в ней или перестроить через годы, нужно начинать уже сейчас.

Итак, в научной среде есть серьезные силы, которые аргументированно поддерживают развитие в нашей стране возобновляемых источников энергии. А что происходит на уровне государства? На словах Министерство энергетики очень даже «за» :

«До недавнего времени по целому ряду причин, прежде всего из-за огромных запасов традиционного энергетического сырья, вопросам развития использования возобновляемых источников энергии в энергетической политике России уделялось сравнительно мало внимания. В последние годы ситуация стала заметно меняться. Необходимость борьбы за лучшую экологию, новые возможности повышения качества жизни людей, участие в мировом развитии прогрессивных технологий, стремление повысить энергоэффективность экономического развития, логика международного сотрудничества – эти и другие соображения способствовали активизации национальных усилий по созданию более зеленой энергетики, движению к низкоуглеродной экономике».

А что на деле? В реальности в России есть возобновляемая энергетика. К сожалению, некоторые граждане восторгаются зарубежными солнечными электростанциями и при этом не знают, что у нас они тоже есть, и не только они .

К примеру, в России действует относительно немало объектов малой гидроэнергетики: в Московской области, Карелии, на Кавказе, неподалеку от Уфы и Оренбурга. Энергия ветра используется в ряде кавказских регионов и близ Санкт-Петербурга, а также на севере европейской и азиатской частей страны. Ветряная электростанция построена, например, в Тикси - это крайне удаленное от привычной «цивилизации» место. Россия использует энергию волн Баренцева моря и развивает геотермальные станции на Курильских островах, Сахалине и, опять же, на Кавказе. Как мы видим, кавказский регион - это место, где используются разнообразные возобновляемые источники энергии, здесь же "добывают" энергию солнца. Впрочем, развивать солнечную энергетику можно и в других частях нашей страны:

Существует и государственная политика в области возобновляемых источников энергии, а также планы по их строительству. Один из важнейших документов в данной сфере - государственная программа «Энергоэффективность и развитие энергетики», утвержденная правительственным постановлением . В программе есть интересующий нас раздел - подпрограмма «Развитие использования возобновляемых источников энергии».

С одной стороны, увеличение количества ВИЭ кажется довольно незначительным. Однако предстоит серьезная работа - ведь на данный момент доля ВИЭ в общем энергобалансе страны не превышает 1 % . В случае успешной реализации государственной программы будет создана довольно серьезная основа для дальнейшего развития ВИЭ в стране.

Самый главный вопрос - достаточные ли это темпы? Важно отметить, что доля ВИЭ в мире растет довольно бурно. В некоторых странах, особенно, в развитых, доля ВИЭ в общем энергопроизводстве довольно внушительна:

Существует опасность, что Россия просто-напросто отстанет в очень серьезной и жизненно важной сфере - в энергетике и через пару десятилетий окажется в плохом положении. С другой стороны, правильно ли вообще ориентироваться исключительно на «долю в общем энергобалансе»? Не лучше ли будет в нашей стране, прежде всего, учитывать энергообеспеченность? Кроме того, нужно понимать, что долю ВИЭ наращивают до таких высоких значений в основном страны-импортеры энергоносителей. Если в Германии долю возобновляемых источников энергии в среднесрочной перспективе собираются поднять до 30 %, то это не значит, что наша страна должна ставить перед собой такую же цель.

России, естественно, нужно развитие использования возобновляемых источников энергии. Однако при этом важно учитывать множество факторов: и реальные экономические возможности страны, и фактические потребности, и мировую ситуацию.

Приложение 1. Экологические проблемы альтернативной энергетики

д.х.н., проф. МГУ, Лисичкин Г.В.

(В кн. Материалы конференции «Основы экологической безопасности» /Под ред. Г.А. Богдановского, Н.А. Галактионовой. «Научные труды МНЭПУ». Вып. 4. Серия: «Реймерсовские чтения». – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. – с.37 – 44.)

Загрязнение природной среды при производстве электрической энергии в массовом сознании связано в первую очередь с работой ядерных электростанций, а также с использованием в качестве энергоносителей твердых горючих ископаемых. Для лиц, отягощенных хотя бы элементарным естественно-научным образованием, ясно, что и такие энергоносители, как нефть и природный газ создают весьма существенную нагрузку на среду обитания. Однако наш опыт показывает, что даже многие специалисты-экологи убеждены в абсолютной безопасности для природы альтернативных (возобновляемых) источников энергии.

Настоящая статья посвящена краткому анализу экологических проблем, возникающих при крупномасштабном производстве электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии.

Прежде чем рассматривать альтернативные источники энергии, примем к сведению очень важное обстоятельство: нас интересует возможность использования этих источников в больших масштабах, мы пытаемся оценить перспективы замены традиционных энергоносителей – в первую очередь нефти – в связи с их грядущим исчерпанием. Если в наши дни суммарная доля альтернативных энергоносителей в мировом производстве энергии не достигает и одного процента, то в предвидимом будущем можно ожидать ситуации, когда примерно четверть всей вырабатываемой электроэнергии будет получаться за счет возобновляемых источников. Таким образом, нас интересуют экологические последствия использования энергии Солнца, ветра, тепла Земли и т.п. не в условиях испытания единичных установок и опытно-промышленных разработок, а последствия применения таких энергоносителей, когда их доля в энергетическом балансе крупных государств достигнет десятков процентов.

Гидроэнергия

Рассматривая возобновляемые источники энергии, следует начать с гидроэнергетики, которая уже более века не является альтернативным источником электроэнергии. Известно, что использование энергии рек во многих странах, в том числе и в России, достигло впечатляющего уровня, но рост доли гидроэнергии в развитых странах сильно замедлился. Существенно, что его сдерживают не столько дороговизна ГЭС, сколько неблагоприятные экологические последствия. Крупные гидростанции, построенные на равнинных реках, привели к возникновению громадных мелководных водохранилищ. Оказались затопленными огромные пространства сельскохозяйственных угодий, сенокосных лугов. Сильно замедлилось течение воды, она прогрелась и зацвела. Почти прекратилась миграция проходных рыб. Все эти печальные последствия можно видеть на примере Волги, энергетические ресурсы которой практически исчерпаны, а река стала цепью слабопроточных водохранилищ.

Не многим лучше обстоит дело с возведением ГЭС в горах. Там площадь водохранилищ меньше, но непредсказуемо воздействие большой массы воды на тектонику прилегающих горных массивов. Кроме того, в горной местности весьма активно идут процессы заиливания водохранилищ.

Итак уже на примере гидроэнергетики ясно, что сама по себе «возобновляемость» энергоносителя отнюдь не является гарантией его экологической чистоты.

Энергия ветра

Понятно, что одна ветроустановка безобидна. Но как только мы захотим с помощью энергии ветра выработать, скажем, 20% необходимой нашей стране электроэнергии (это примерно 200 млрд. кВт ч), окажется, что для строительства ветроэлектростанций потребуются весьма значительные площади земли; для изготовления десятков тысяч ветряных колес (диаметр примерно 100 м) и башен для них придется резко увеличить производство алюминия или стеклопластика, а это весьма грязные производства; при мощности одной установки 250 кВт возникает шум силой 50-80 децибел; ветряные колеса генерируют опасные инфразвуковые колебания.

Но главная неприятность, по-видимому, состоит в том, что из-за крупномасштабного использования энергии ветра он будет рассеиваться, изменится роза ветров и, следовательно, нарушится климатическое равновесие, перенос влаги и тепла не только в районе, где построена ветроэлектростанция, но и далеко за его пределами.

Интересно, что соображения об экологической опасности утилизации ветроэнергии уже нельзя считать чисто умозрительными. Власти Дании, где уже 5,5 % от всего потребления электроэнергии поставляют ветроэлектростанции, поставили задачу удвоить эту долю. Однако они натолкнулись на мощное сопротивление общественности и «зеленых». Дело в том, что из-за дефицита свободной территории строительство пятисот ветроустановок (пять групп по сто штук в каждой) планируется на морском мелководье. В этом случае ликвидируются места традиционного обитания птиц, создается невыносимый шум и возникают помехи в распространении радиоволн, интенсивно мешающие работе телевизионных станций.

Солнечная энергия

Различные схемы преобразования солнечной энергии в электрическую также сопряжены со значительным воздействием вредных факторов на природу. (Речь по-прежнему идет о широкомасштабном производстве энергии, о значительном вкладе солнечной энергии в энергетический баланс планеты.).

Для строительства солнечных станций потребуется отчуждение огромных площадей, не менее чем на 3 порядка больших, нежели для тепловых электростанций той же мощности. Но проблема заключается еще и в том, что любой способ преобразования солнечной энергии отличается высокой материалоемкостью, причем для изготовления оборудования требуется либо уже упомянутый экологически опасный в производстве алюминий (башни, баки, конструкции отражателей), либо еще более опасный кремний (материал для солнечных батарей). Напомним, что технология производства высокочистого кремния включает стадии его восстановления магнием из кремнезема и дальнейший синтез через трихлорсилан. Этот и иные способы получения кремния «солнечной» чистоты при крупнотоннажном производстве серьезно загрязнят окружающую среду, прежде всего – атмосферу.

Наконец, главная экологическая опавсность состоит в том, что при отборе солнечного тепла будет происходить похолодание, пропорциональное количеству преобразованной солнечной энергии. Этим эффектом вполне можно пренебречь при строительстве маломощных домашних устройств, но не при проектировании крупных солнечных станций, которые должны вносить заметный вклад в энергетический баланс страны и занимать сотни квадратных километров. Как отметил академик П.Л.Капица, применение фотопреобразователей с высоким КПД (лишь такие выгодны экономически) может привести к понижению температуры, из-за которого начнется конденсация водяного пара в атмосфере и соответственно прекратят работу фотоприемники. Если ограничить КПД пятнадцатью процентами (уровень лучших современных преобразователей), то туман не будет появляться, но тогда под солнечные станции придется отчуждать еще более гигантские территории. Можно думать, что климат на этих территориях станет прохладнее.

Тепло Земли

Не меньшие, а возможно, и большие трудности экологического характера возникают при проектировании крупных геотермальных электростанций. Работа ГеоТЭС сопряжена с необходимостью сбрасывать горячую и более или менее минерализованную воду. Сброс такой воды чреват значительной опасностью для гидробионтов. Из-за повышения температуры уменьшается концентрация растворенного в воде кислорода – его уже недостаточно для многих рыб (форель, например, живет только в холодной воде), а минеральные примеси угнетают водные организмы. Отбор из скважин пароводяной смеси во многих случаях сопровождается выбросами токсичных газов; расширяющийся при выходе на поверхность пар вызывает сильный шум.

Из перечисленных факторов наиболее неприятна необходимость сбрасывать горячую минерализованную воду. Закон о недрах запрещает сброс такой воды в реки и рекомендует закачивать ее через специально пробуренные скважины обратно в земные недра. Но последствия этого приема при крупномасштабном производстве энергии прогнозировать очень трудно. Микроземлетрясения при закачивании воды уже зафиксированы.

Влияние ГеоТЭС на природу легко наблюдать на примере Паужетской станции на Южной Камчатке: в радиусе двух-трех километров от станции торчат голые, без коры и листьев, стволы каменной камчатской березы, далеко слышен неумолчный рев выходящего на поверхность пара. При этом мощность станции всего 11 мВт. Для сравнения отметим, что мощность главных турбин атомного ледокола «Арктика» – 55 мВт.

Панорама строительства и атмосферный воздух в районе Мутновской ГеоТЭС (70 км от Петропавловска-Камчатского) также оставляют довольно тяжелое впечатление.

Энергия морских приливов

Использование энергии морских приливов также вызывает неблагоприятные экологические последствия: крупная приливная гидроэлектростанция представляет собой гигантскую плотину, затрудняющую водообмен между морем и морским заливом или устьем реки. Плотина препятствует естественной миграции гидробионтов, нарушает установившиеся за миллионы лет связи. Это, конечно, неприятно, но не катастрофично. Однако есть и более серьезные опасения: нетрудно рассчитать, что строительство группы приливно-отливных электростанций большой мощности (сотни гигаватт) – а именно такие нужны для компенсации дефицита горючих ископаемых – на доли секунды замедлит вращение Земли. Последствия этого трудно даже предположить.

Водородная энергетика

До сих пор мы рассматривали так называемые первичные энергоносители, но есть еще и вторичные, важнейший из которых водород. Идея его использования проста: направим первичную энергию на производство водорода из воды, а дальше будем использовать водород как экологически чистое топливо – при его окислении образуется только вода.

Сам по себе водород действительно относительно чист в экологическом плане. Надо лишь учесть, что при его горении на воздухе развиваются температуры, достаточные для окисления азота. Поэтому помимо воды среди продуктов горения будет некоторое количество оксидов азота.

Основные проблемы возникают при получении водорода. Добыча водорода из его природных соединений в соответствии с законом сохранения энергии требует столько же энергии (в реальных условиях несколько больше), сколько мы получим при окислении водорода. Следовательно мы должны затратить эквивалентное количество первичной энергии, которая, как мы убедились, не может быть экологически чистой. Значит, мы попросту переносим загрязнения из одного региона (где водород потребляют) в другой (где его получают).

Низкая плотность, взрывоопасность, высокая диффузионная подвижность водорода (под давлением и при нагревании он способен просачиваться через металл) требуют для работы с ним новых материалов и технологий, которые вряд ли будут экологически чистыми. Пока трудно даже представить себе весь комплекс природоохранных проблем, которые возникнут при производстве специальных сплавов для трубопроводов, при строительстве и последующей эксплуатации водородопровода длиной 2000 км.

Еще одна сложная проблема – это экологический аспект аккумулирования водорода. Понятно, что расход водорода как и любого другого энергоносителя будет неравномерным. Следовательно необходимо заранее проектировать устройства для аккумулирования водорода. На сегодняшний день лучшими экономическими и техническими характеристиками обладают интерметаллические аккумуляторы, представляющие собой трехкомпонентные сплавы на основе редкоземельных элементов. Емкость их по водороду составляет 2 %-масс. Ясно, что крупномасштабное применение водорода приведет к многократному увеличению производства редкоземельных металлов, что отнюдь не безопасно с позиций охраны среды обитания.

Аналогичным образом можно рассмотреть любые другие альтернативные источники энергии, существующие или только намечаемые: управляемый термоядерный синтез, энергия растительной биомассы, энергия малых рек, энергия низкопотенциального тепла и т.д. и т.п. Энергетика, основанная на любых источниках, независимо от того возобновляемые они или нет, не может быть экологически чистой, если масштаб производства энергии велик. Разумеется, экологическая опасность разных видов энергоносителей различна, но она есть всегда. Экологически чистой энергии не бывает.

Правило шлейфа

Для оценки экологического ущерба, наносимого конкретным видом энергетики, совершенно недостаточно учитывать только чистоту энергоносителя. Необходимо брать в расчет воздействие на среду сооружений, машин и устройств для отбора и передачи энергии, а также технологий производства соответствующих материалов и аппаратуры. Широкое использование любого нового вида энергии требует создания новой подотрасли промышленности, включающей добычу сырья и его переработку, изготовление оборудования, утилизацию морально или физически устаревшего оборудования. Ясно, что новая подотрасль станет дополнительным источником загрязнения среды. Получается, что использование нового, пусть даже почти чистого энергоносителя влечет за собой шлейф заведомо нечистых технологий.

Электроэнергия на автомобильном транспорте

С электромобилями связан один чрезвычайно живучий миф: «Переход автомобильного транспорта на электрическую тягу обеспечит чистоту атмосферы». В действительности если значительную часть автомобилей с двигателями внутреннего сгорания заменить на электромобили с аккумуляторами (а это единственный на сегодня реальный вариант автомобильных источников энергии), произойдет экологическая катастрофа. При массовой эксплуатации таких электромобилей выбросы двигателей будут заменены слегка уменьшенными выбросами на электростанциях: ведь аккумуляторы надо постоянно заряжать, значит, надо пропорционально увеличить мощность электростанций, т.е. имеет место перенос экологических проблем из одного региона в другой.

Но главное – аккумуляторы. Кислотные свинцовые или щелочные никель-кадмиевые источники тока – а нам понадобится производить дополнительно сотни миллионов аккумуляторов – потребуют резко увеличить производство этих токсичных металлов. Придется налаживать и систему утилизации. Учитывая, что каждый двадцатый российский шофер (это в лучшем случае) будет выбрасывать старые аккумуляторы в придорожную канаву, нетрудно представить и даже довольно точно оценить масштабы экологического бедствия, которое обрушится на наши головы. Следовательно, в качестве источника электроэнергии нужны какие-то другие, не производимые сегодня, автомобильные источники тока, например топливные элементы или фотопреобразователи. Но здесь вступает в силу правило шлейфа.

Заключение

Подводя итог проведенному в статье анализу, необходимо сделать несколько важных выводов.

1. Современная промышленная цивилизация неминуемо влечет за собой загрязнение среды обитания. Обеспечение растущего населения Земли энергией потребует увеличение ее производства в течение трех-четырех ближайших десятилетий примерно вдвое. С учетом невозможности создания полностью безотходной промышленности, интенсивного сельского хозяйства, энергетики, транспорта, быта, следует решать проблему минимизации загрязнений, понимая, что создать «чистую» цивилизацию в обозримый период времени не удастся.

2. Для реализации полностью безотходной цивилизации необходимо связать воедино все производственные процессы на Земле, замкнуть их в одну гигантскую материально-энергетическую систему. Решение этой задачи принципиально возможно, но оно окажется под силу только нашим далеким потомкам.

3. Широкое использование возобновляемых источников энергии в будущем неизбежно, экологическая опасность каждого из них индивидуальна, необходима постановка научных исследований, направленных на изучение влияния нетрадиционных энергоносителей на среду обитания.

4. Наиболее вероятно, что основным энергоносителем следующего столетия станет природный газ, наступит так называемая газовая пауза, которая может продлиться очень долго, если учесть, что запасы метана в виде газовых гидратов как минимум в 10 раз превышают запасы всех вместе взятых горючих ископаемых на нашей планете. За период газовой паузы будет создан глобальный энергетический комплекс, отвечающий требованиям экологии и экономики, включающий возобновляемые энергоресурсы и управляемый термоядерный синтез.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лисичкин Г.В. Химия и жизнь, 1999, №2, с.22.

2. Новая энергетическая политика России. М., Энергоатомиздат, 1995, 512 с.

3. Дядин Ю.А., Гущин А.Л. Соросовский образовательный журнал. 1998, №3, с.55.

4. Путвинский С.В. Усп.физ.наук. 1998, т.168, №11, с.1235.

Предыдущая

В мире экологический аспект использования ВИЭ начали активно изучать несколько десятилетий назад (фото: ejnews.ru)

И.Е.МАТВЕЕВ, зав. сектором топливно-энергетических ресурсов ВНИКИ

В современном индустриальном обществе (и в условиях безудержного роста потребления товаров, имеющих намеренно укороченный срок использования) энергетика является масштабным загрязнителем природы. На текущем этапе развития науки и техники каждый сегмент мирового энергетического хозяйства оказывает деструктивное влияние на окружающий мир. В полной мере это касается и сферы возобновляемых источников энергии, поскольку абсолютно “чистых” энергоносителей и ВИЭ-устройств пока не существует, хотя бы по той причине, что объекты возобновляемой энергетики в любом случае изменяют естественный ход энерго- и массообмена биосферы.

При этом экологические ВИЭ-факторы, прямые и косвенные, отличаются широким разнообразием и силой воздействия. Они возникают как на этапах строительства, производства, эксплуатации и утилизации ВИЭ-оборудования, так и в технологической цепочке применения “зеленых” энергоносителей, причем иногда скрытно и с непредсказуемыми последствиями в длительной перспективе.

Например, строительство плотин ГЭС может приводить к снижению уровня жизни населения, деградации экосистем и рыбных ресурсов, причем в долгосрочной перспективе. 1

Ветровая энергетика может являться источником негативного воздействия для птиц, летучих мышей, водных обитателей и человека, создавать радиочастотные помехи; геотермальная энергетика потенциально опасна с точки зрения возникновения оползней и провалов почвы, а также землетрясений.

Применение силовых ВИЭ-устройств неразрывно сопряжено с использованием накопителей энергии (химических, тепловых, электрических, механических, вырабатывающих промежуточные типы энергоносителей, например, водород и т. д.), которые также загрязняют окружающую природу.

В сегменте биомассы экологическая нагрузка возникает уже на этапе получения сырья (в ходе сельскохозяйственных работ, в результате использования ГМО-растений, вырубки лесов с целью расширения посевных площадей и т. д.), при производстве соответствующего промышленного оборудования, функционировании и утилизации ВИЭ-установок (выбросы и отходы различных видов), в процессе выпуска биотоплива, а также эксплуатации транспортных средств, применяющих био- или смешанное топливо (увеличивается вероятность сокращения технического ресурса двигателя, возникает необходимость применения специального автомобильного оборудования, внедрения новых видов смазочных материалов и т. д.). Однако следует отметить, что при выращивании биомассы происходит активное поглощение СО 2 из атмосферы в результате реакции фотосинтеза, поэтому с точки зрения баланса (разницы между суммарным поглощением и суммарными выбросами СО 2) эмиссии “парниковых” газов в течение всего жизненного цикла данный сектор ВИЭ является нетто-абсорбентом двуокиси углерода. 2

В мире экологический аспект использования ВИЭ начали активно изучать несколько десятилетий назад, в том числе СССР. В настоящее время обширная база данных накоплена в США; в ЕС соответствующей обобщенной статистической информации за длительный период наблюдения отсутствует ввиду относительной “новизны” вопроса. 3

Как возобновляемая энергетика начала завоевывать современный мир?

Запрос на расширение использования ВИЭ сформировался еще во второй половине XX века, когда трансформация нефтяного рынка, создание нефтяного картеля ОПЕК и последующие нефтяной и экономический кризисы 1970-х годов вскрыли уязвимость экономики западных государств-импортеров углеводородов от внешних поставок сырья. Перед соответствующими национальными правительствами остро обозначились задачи не только по поиску путей снижения энергопотребления и оптимизации импорта ископаемого топлива, но и возможностей применения альтернативных видов энергоносителей. 4

В конце 70-х годов ученые СССР констатировали: “Серьезность стремлений ведущих капиталистических стран к широкому поиску самых разнообразных вариантов удовлетворения энергетических потребностей в будущем подтверждается масштабами проводимых работ, быстрым накоплением новых результатов исследований и разработкой все более отдаленных по ожидаемым датам освоения проектов”. 5

В 2000-х годах страны ОЭСР, уже обладая достаточным объемом знаний и капитала, взяли курс на новый технологический уклад и обозначили инновационную цель - создание низкоуглеродной экономики на базе новейших достижений науки и техники. В итоге возобновляемая энергетика, сферы энергоэффективности, энергосбережения, а также сектор сбора СО 2 получили статус экономических “моторов”, новых “точек” роста и масштабную государственную поддержку.

В тоже время надо понимать, что к решениям и технологиям, предлагающим пути снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду (и теорию “парникового” эффекта в качестве аргумента), традиционно примешиваются политика и интерес капитала, предполагающий максимальное извлечение прибыли. Это вносит свои коррективы в качественное и количественное наполнение корзины сопутствующих экологических ВИЭ-рисков, причем, абсолютно полными и объективными соответствующими данными общество пока не располагает.

До дальнейшего рассмотрения данной проблематики целесообразно обозначить масштаб вовлечения возобновляемых ресурсов в деловой оборот и основные области использования ВИЭ.

Итак, в начале второго десятилетия наступившего века ВИЭ-установки укоренились на всех “этажах” мирового хозяйства (от микро- до макроуровня) и в ряде экономик, потеснив углеводородные энергоносители (а в ФРГ и атомную энергию), получили широкое применение в производстве электрической и тепловой энергии, а также на транспорте, флоте и в авиации.

В 2001 г. в структуре глобального энергопотребления доля ВИЭ (без учета крупных ГЭС) оценивалась в 0,5%, а к началу второго десятилетия данный показатель приблизился к 1,6% (с учетом крупных ГЭС - 8,1%), что в абсолютном выражении составило весьма ощутимую величину - 195 млн. т н. э. (986,3 млн. т н. э.). Для сравнения - в 2011 г. суммарное потребление первичной энергии (всех видов энергоносителей) в Великобритании находилось на уровне 198 млн., Италии - 168 млн., Испании - 146 млн. т н. э. 6

В глобальном масштабе проявились страны, в которых без использования ВИЭ экономическая деятельность стала затруднительной и даже невозможной. Например, Норвегия зависит от ВИЭ на 65%, Бразилия - на 39%, Канада - на 27%, Дания, Испания и ФРГ - на 18%, 13% и 9% соответственно. 7

В докризисный 2007 г. в мировом производстве электроэнергии на долю ВИЭ приходилось около 18%, при этом основным источником являлась энергия воды (ГЭС) - 86,8%. 8

Необходимо подчеркнуть, что приведенные данные базируются на официальных статистических данных, полученных по методикам, предполагающим наличие определенной погрешности; в мире реальный объем использования ВИЭ (например, с учетом сжигания дров) не поддается точному учету.

Возвратимся к экологическому аспекту ВИЭ.

Для обобщенной оценки прямого и косвенного влияния на окружающую среду и в качестве грубого инструмента сравнения недостатков и достоинств объектов возобновляемой энергетики могут быть использованы различные критерии оценки, например, такие, как:
- влияние на земельные ресурсы;
- воздействие на животный и растительный мир;
- влияние на человека;
- влияние на водные ресурсы.

В связи c доктриной “чистого” развития общепринятыми являются также показатели, оценивающие эмиссию “парниковых” газов в СО 2 -эквиваленте, образующихся во время всего жизненного цикла ВИЭ-оборудования (“Life-Cycle Global Warming Emissions”).

Рассмотрим основные параметры, характеризующие степень влияния различных видов ВИЭ на окружающую среду, и по возможности сопоставим их с показателями для углеводородных энергоносителей.

Энергия ветра широко используется в производстве электрической энергии. В глобальном масштабе она обладает значительным техническим ресурсом, высокой степенью доступности и постоянства, а также относительной дешевизной. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) могут располагаться как на суше, так и в прибрежных водах на морском шельфе. Перечисленные достоинства позволяют энергии ветра конкурировать с ископаемым топливом; в 2011 г. в структуре производства электроэнергии ЕС на долю данного энергоносителя приходилось более 6%. 9

При наземном расположении оборудования напрямую задействуется небольшой участок суши в виде круга площадью 5-10 диаметров ветрового колеса ВЭУ, а кабельное хозяйство прокладывается под землей. Согласно исследованию “National Renewable Energy Laboratory” (США), общий размер земельного участка находится в пределах от 12 - 57 га из расчета на 1МВт проектной мощности установки, при этом постоянно занятой является лишь его небольшая часть - не менее 0,4 га/МВт, а 1,5 га/МВт - временно (в основном - при строительстве). 10

Таким образом основная территория вокруг башни ВЭУ может быть задействована для других нужд, например, строительства нежилых и инфраструктурных объектов, выпаса домашнего скота и т.д. Кроме того, ВЭУ могут размещаться на землях, непригодных для земледелия или иных хозяйственных нужд, а также в промышленных зонах, что существенно повышает привлекательность данного вида ВИЭ с точки зрения использования земельного ресурса.

ВЭУ, размещенные на поверхности моря, занимают более обширную площадь, чем наземные установки, поскольку имеют значительные габариты и кабельное хозяйство, проложенное по морскому дну. Они могут создавать трудности для судоходства, рыболовства, туризма, добычи песка, гравия, нефти и газа.

ВЭУ оказывают влияние на живую природу, в первую очередь на птиц, которые гибнут как при непосредственном столкновении с ветротурбинами, так и вследствие разрушения среды обитания из-за искусственного изменения природных потоков воздушных масс (конец лопасти ветроколеса может перемещаться с линейной скоростью около 300 км/ч).

В США влияние ветроустановок на среду обитания птиц и летучих мышей непрерывно изучается. По данным “National Wind Coordinating Committee” (“NWCC”) в год погибает 11,7 особей птиц и 43,2 летучих мышей из расчета на 1МВт установленной мощности ВЭУ, при этом специалисты полагают, что это не представляет опасности для видовых популяций. 11

Сокращению смертности пернатых и летучих мышей способствуют оптимальный выбор места размещения оборудования, технические решения (например, полная остановка ВЭУ при скорости ветра ниже определенного уровня, отключение ВЭУ в период миграции птиц и т. д.), а также учет иных локальных условий, выявленных в процессе эксплуатации подобного оборудования.

ВЭУ морского базирования также приводят к гибели птиц, однако в меньшей степени по сравнению с наземными комплексами. К основному негативному влиянию ВЭУ данного типа относят возможное снижение популяции морских обитателей и создание искусственных препятствий (рифов).

На человека ВЭУ может оказывать вредное воздействие как источник высокочастотного и низкочастотного излучения, путем визуального влияния (эффект мерцания, нарушение красоты природного ландшафта - появление новых “достопримечательностей” и т.д.), в случае падения фермы или механического разрушения ВЭУ. Кроме того, несчастные случаи могут происходить в процессе технического обслуживания и ремонта оборудования, при столкновении с ВЭУ летательных аппаратов. Степень влияния перечисленных факторов во многом зависит от конструкции ветроустановки, места ее расположения, производственной дисциплины и полноты выполнения надлежащих организационных мероприятий. Считается, что при соблюдении всех требований, негативное воздействие ВЭУ на человека минимально. 12

Влияние ВЭУ на водные ресурсы незначительно. Вода используется лишь в процессе производства комплектующих установки и при строительстве цементного основания ветротурбины.
Объем вредных выбросов в СО 2 - эквиваленте, связанный с жизненным циклом ВЭУ, гораздо ниже, чем аналогичный показатель для тепловых электростанций и находится, как правило, в пределах 10 - 20 г/кВт/ч (для газовых станций - 270 - 900, угольных - 630 - 1600 г/кВт/ч). 13

Энергия солнца обладает огромным ресурсом и может применяться в производстве тепловой энергии (солнечные коллекторы и т.д.) и электрической энергии (фотогальванические установки, солнечные концентраторы, геомембранные станции и т.д.); степень влияния на окружающую среду в значительной мере зависит от конструкции и мощности солнечного оборудования.

Площадь земной поверхности, используемая системами, работающими на базе солнечной энергии, определяется типом установки. Станции малой мощности могут минимизировать эту нагрузку и располагаться на крышах зданий или интегрироваться в различные элементы строений (стены, окна и т. д.), а промышленные установки могут задействовать обширную территорию. Данный показатель для фотогальванических установок (ФГУ) лежит в пределах 1,5 - 4 га/МВт, солнечных концентраторов - 1,5 - 6 га/МВт.

Существуют проекты солнечных концентраторов, занимающих значительную площадь земной поверхности (сопоставимой с аналогичным показателем для ТЭЦ и АЭС), однако элементы могут размещаться на территориях, непригодных для выращивания сельскохозяйственных культур, вдоль инфраструктурных объектов, на полигонах захоронения бытовых отходов или иных площадях с целью снижения воздействия на флору, фауну и человека. 14

В процессе эксплуатации воздействие на водные ресурсы со стороны ФГУ минимально; вода используется лишь в процессе производства компонентов солнечной батареи. Однако конструкция солнечных коллекторов предполагает использование воды в качестве теплоносителя, а в некоторых типах солнечных концентраторах расход воды (для охлаждения системы) может достигать 2,5 тыс. л/МВт/ч.

Негативное влияние на человека определяется в основном процессом изготовлений кремниевых элементов ФГУ, при котором возможет контакт с вредными и токсичными веществами (соляная, серная и азотная кислоты, ацетон, фтористый водород, арсенид галлия, теллурид кадмия, медно-индиевый или медно-галлиевый диселенид и др.). В производстве тонкопленочных модулей используется меньший объем вредных веществ, тем не менее оно также требует строго соблюдения мер безопасности.

Объем выбросов СО 2 для ФГУ составляет 36 - 80 г/кВт/ч, солнечных концентраторов - 36 - 90 г/кВт/ч.

Геотермальная энергия , извлекаемая из глубин земли (от 200 м до 10 км), может использоваться для производства электрической и/или тепловой энергии, а также холода и пара, как путем преобразования (с использованием паровых турбин), так и напрямую (закачиванием скважинной жидкости в системы зданий). По состоянию на начало 2010 г. в мире суммарная мощность геотермальных станций, вырабатывающих электроэнергию, составила примерно 11 ГВт, тепловую энергию - около 51 ГВт. 15

Станции этого типа создаются как в регионах, мало пригодных для земледелия, так и в природоохраняемых зонах. Они могут занимать достаточно обширную территорию, например, крупнейший в мире геотермальный комплекс “The Geysers” (США) располагается на площади более чем 112 кв. км, что корреспондируется с удельным показателем площади на единицу мощности в 15 га/МВт (эл.). 16

В горных районах планеты бурение скважин и использование технологий, сходных с гидроразрывом пласта, могут провоцировать землетрясения, а забор теплоносителя из природных подземных резервуаров - вызывать оползни и провалы грунта (поэтому, как правило, он закачивается обратно в пласт). В целом влияние геотермальнрой установки на животный, растительный мир и человека находится в прямой зависимости от конструкции системы, типа энергоносителя, принятых мер безопасности и других факторов и, несмотря на указанные недостатки, находится на достаточно низком уровне.

В водяном контуре охлаждения подобного оборудования расход чистой воды может варьироваться в пределах 6 тыс. - 19 тыс. л/МВт/ч, при этом некоторые типы станций могут обходиться без забора воды из внешнего источника путем использования скважинной жидкости. 17

Геотермальные станции являются источником загрязнения атмосферы, выбрасывая двуокись серы, а также сероводород, оксиды углерода, аммиак, метан, бор и другие вещества, что может провоцировать легочные заболевания и болезни сердца у человека. Тем не менее считается, что в данном секторе генерации эмиссия SO 2 в десятки раз меньше по сравнению с угольными тепловыми электростанциями.

В целом при данной технологии объем загрязнения оценивается в 90 г/кВт/ч в СО 2 эквиваленте, однако для систем с замкнутым рабочим контуром данный показатель ограничивается выбросами, произведенными при изготовлении оборудования.

Биомасса имеет широкое применение в производстве тепловой и электрической энергии, жидкого и газообразного моторного топлива, причем не только для автомобильного транспорта, но и летательных аппаратов, а также судов.

Влияние данного сегмента ВИЭ на земельный ресурс, растительный, животный мир и человека может быть достаточно значительным. Так, например, для расширения посевных площадей технических культур может истребляться лесной фонд, что приводит к сокращению ареала обитания многих видов животных и птиц; увеличение площади соответствующих посевов на землях сельскохозяйственного назначения обостряет конфликт с продовольственным сектором.

В тоже время в мире образуется значительное число биологических отходов, переработка которых способствует очищению окружающей среды.

Традиционно биомасса (древесные отходы и уголь, солома, некоторые виды отходов сельского хозяйства и животноводства, твердые бытовые отходы и т.д.) используется путем сжигания. В этом случае по степени воздействия на окружающую среду она сходна с углеводородными энергоносителями, однако при этом ее преимуществом является возобновляемость.

Развитие современных технологий идет в направлении создания методов производства биотоплива второго и последующих поколений (метанола, этанола, биодизельного и синтетического топлива, реактивного топлива, биометана, водорода и т.д.) путем пиролиза, газификации, биологической и химической переработки, гидрирования и т.д., позволяющих эффективно перерабатывать все виды биологического сырья, в первую очередь - лигноцеллюлозу. Внедрение соответствующих промышленных решений (в ЕС это намечено на период после 2015 г.) позволит вывести отрасль на качественно новый уровень и смягчить ее влияние на сельское хозяйство и продовольственный сектор. В долгосрочной перспективе предполагается неуклонное наращивание выпуска биоэтанола и биотоплива, причем их стоимость также будет расти (ожидается, что к 2021 г. на глобальном рынке цена биодизельного топлива в номинальном выражении стабилизируется вблизи отметки 1,4 долл./л., биоэтанола - 0,7 долл./л). 18

Воздействие сектора биомассы на водные ресурсы может быть весьма значительным (в зависимости от региона), поскольку для повышения урожайности технических культур требуется определенное количество влаги. 19

Кроме того загрязнение поверхностных вод региона может происходить вследствие применения удобрений и пестицидов.

В секторах производства тепловой и электрической энергии при использовании биотоплива потребление воды чаще всего находится в пределах 1 тыс. - 1,7 тыс. л/МВт/ч, однако для технических нужд в системе охлаждения может быть задействовано гораздо большее количество - до 185 тыс. л/МВт/ч. 20

При использовании биомассы как путем непосредственного сжигания, так с использованием методов ее различных преобразований в промежуточные источники энергии, образуются вредные вещества (оксиды углерода, азота, серы т. д.). При этом сравнительный анализ выбросов СО2 относительно углеводородов (газа, угля, нефтепродуктов) показывает, что данный показатель в значительной мере зависит от типов технологии и топлива (в среднем - 18 - 90 г/кВт/ч) и в некоторых случаях для биомассы он выше, чем для остальных видов энергоносителей.

Энергия воды используется ГЭС различной мощности - от микро ГЭС (несколько кВт) до крупных ГЭС (более 25 МВт), входящих в национальные энергосистемы. Влияние данного вида ВИЭ на земельный ресурс в первую очередь зависит от типа и мощности оборудования, а также рельефа местности и может достигать нескольких сотен гектар из расчета на 1 MW установленной мощности.

Гидроэлектростанции, особенно крупных, оказывает значительное воздействие на природу и человека; оно достаточно подробно описано во многочисленных научных материалах различных организаций, например, “WWF”. 21

В гидроэнергетике эмиссия “парниковых” газов для малых станций оценивается в 4,5 - 13,5 г/кВт/ч, для крупных ГЭС - 13 - 20 г/кВт/ч.

В ряде случаев ГЭС большой мощности могут являться причиной повышенного уровня выбросов двуокиси углерода и метана в результате гниения биомассы, затопленной при создании плотины.

Таблица 1. Расход воды в производственном цикле электроэнергетических станций различных типов 1)

1) Под расходом воды понимается ее забор из внешнего источника и использование путем дальнейших трансформаций (испарения, преобразования в конечный продукт и т.д.).

Таблица 2. Выбросы вредных веществ в атмосферу при сжигании различных видов топлива на стационарном энергетическом оборудовании 1)

1) Включая нагреватели, печи различного назначения, сушильное и иное оборудование; в значительное мере зависят от типа сырья и конструкции агрегатов.

И с т о ч н и к: Рассчитано автором по “US Environmental Protection Agency”, “Direct Emissions from stationary Combustion Sourсes”, May, 2008. http://www.epa.gov/climateleadership/documents/resources/stationarycombustionguidance.pdf

Таблица 3. Сравнительные показатели выбросов СО 2 в зависимости от типа технологии и вида топлива при производстве тепловой и электрической энергии

Рисунок 1.
Сравнительные показатели выбросов СО 2 в зависимости от типа технологии и вида топлива при производстве тепловой и электрической энергии, ф./млн.БТЕ

И с т о ч н и к: “Biomass Sustainability and Carbon Policy Study”, “Manomet Center for Conservation Sciences”, 2010, p. 27. http://www.mass.gov/eea/docs/doer/renewables/biomass/manomet-biomass-report-full-hirez.pdf

Рисунок 2.
Выбросы парниковых газов в период жизненного цикла энергетических объектов на базе различных типов энергоносителей для различных видов энергоносителей (г/кВт/ч в СО 2 -эквиваленте) 1)

1) Приведены максимальные значения показателя.

И с т о ч н и к: “IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”, 2011, р. 732.

Выводы:

1. Бездумное преследование цели по расширению доли ВИЭ в расходной части энергобаланса исходя лишь из экономических и политических соображений может обернуться гораздо более тяжелыми последствиями для экологии, а далее по цепочке - экономике в целом, чем использование ископаемого топлива.

2. С другой стороны нужно понимать, что полновесный учет экологических требований неизбежно приведет к сдерживанию развития энергетики, и, как следствие, новым кризисным явлениям в народном хозяйстве. Поэтому, на наш взгляд, необходимо разумно использовать возможности природы для обеспечения потребностей общества, проводить тщательную оценку и всестороннее исследование воздействия ВИЭ-объектов на окружающую среду и искать пути его ограничения и предотвращения.

3. В настоящее время страны ОЭСР завершают 40 летний этап формирования современного облика возобновляемой энергетики. Они накопили соответствующий опыт, выявили перспективные направления развития отрасли и пути ее интеграции в различные секторы (электрическую и тепловую генерацию, систему снабжения жидкими видами топлив и т.д.), а также скорректировали стратегию дальнейшего продвижения ВИЭ на региональных и мировом рынках, в том числе с целью придания нового импульса развитию собственных экономик.

4. В период после 2015 г., по нашему мнению, в странах ОЭСР ожидается масштабное внедрение ВИЭ-технологий следующих поколений, которые в сочетании с другими достижениями НТП (созданием новых материалов, развитием информационно-коммуникационных технологий, расширением интеллектуальных энергетических сетей, широкое внедрение гибридного и электрического привода на транспорте и т. д.) поднимут технологический уровень энергетики на следующую ступень.

5. В странах объединенной Европы возобновляемая энергетика находится на переднем рубеже процесса трансформации и интеграции энергетического рынка. Реализация масштабных ВИЭ-проектов и создание пан-европейской интеллектуальной энергетической системы призвано не только повысить уровень энергетической безопасности, но содействовать укреплению единства государств в рамках ЕС.

Выводы для России:

1. Россия имеет огромный потенциал и обширную базу для развития возобновляемой энергетики с целью повышения энергоэффективности и снижения энергозатрат во всех сферах экономики, разумной диверсификации энергоснабжения многих категорий потребителей, оздоровления ситуации в секторе ЖКХ, а также усилению деловой активности предприятий малого и среднего бизнеса.

2. Возобновляемая энергетика может стать одним из слагаемых процесса преодоления технологической отсталости России, поскольку позитивно влияет на развитие фундаментальной и отраслевой науки, высокотехнологичного производственного сектора.

3. Уже в среднесрочной перспективе, на наш взгляд, на отечественном рынке возможна активизация спроса на экономичное энергетическое оборудование различных типов мощности и интеллектуальные системы, позволяющие повысить автономность потребителей и оптимизировать процессы выработки энергии как на базе ВИЭ, так и в сочетании с традиционными энергоносителями.

4. Иностранный (и в первую очередь западноевропейский) капитал заинтересован в развитии сектора ВИЭ в ряде стран бывшего СССР в силу экономических, экологических и иных причин (ограниченности земельных и водных ресурсов ЕС, особенности регулирования оборота ГМО-культур, необходимости в дополнительных поставках “чистой” энергии, протестов жителей ряда регионов и др.). Для России это расширят окно возможностей по привлечению активных игроков ВИЭ-рынка.

5. Приток соответствующих инвестиций и реализацию ВИЭ-проектов на территории РФ необходимо строго увязывать с тщательной проработкой экологической составляющей проектов (на базе опыта и знаний отечественных специалистов), импортом наиболее передовых технологий и оборудования, а также последующей максимальной локализацией производства. Абсорбация “ноу-хау”, негативно влияющих на окружающую среду и человека, как и пассивная роль “сырьевого придатка” в этом сегменте энергетики являются, по меньшей мере, деструктивными.

________________

1 WWF, “Плотины и развитие. Новая методическая основа для принятия решений”. Отчет Всемирной комиссии по плотинам, Москва, 2009 г., сс. 65 - 107.

2 “IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”, 2011, р. 732.

3 NABU-Bundesverband. “Windenergie und Naturschutz. Ein unlosbarer Konflikt?”, 2012, Berlin, ss. 5-7.

4 Hans R. Kramer, “Die Europaeische Gemeinschaft und die Oelkrise”, “Nomos”, Baden-Baden, 1974, s. 91.

5 Примаков Е.М., Громов Л.М., Любимов Л.Л. и др., “Новые явления в энергетике капиталистического мира”, ИМЭМО РАН СССР, издательство “Мысль”, 1979 г., стр. 204.

6 “BP Statistical Review of World Energy, June 2012”, p.40.

8 IEA, “Energy Technology Perspectives 2010”, p. 126.

9 EWEA, “Green Growth. The impact of wind energy on jobs and the economy”, March, 2012, p.11.

10 “Union of Concerned Scientists”, http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/environmental-impacts-wind-power.html

11 National Wind Coordinating Committee (NWCC), “Wind turbine interactions with birds, bats, and their habitats: A summary of research results and priority questions”, 2010, pp. 4-5.

12 “The potential Heals Impact of Wind Turbines”, Chief Medical Officer of Heals, Report, May 2010.

13 “IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”, Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, р. 540.

14 US Environmental Protection Agency, “Best practices for Sitting Solar Photovoltaics on Municipal Solid Waste Landfills”, February, 2013, pp.20-22.

15 “IPCC”, “Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”, 2011, р. 416.

16“The Geysers”, http://www.geysers.com/geothermal.aspx

17 Macknick, et al. 2011. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory, р. 12.

18 OECD-FAO “Agricultural Outlook 2011-2020”, p. 79.

19 Clifton-Brown, J.C.; Lewandowski I. “Water Use Efficiency and Biomass Partitioning of Three Different Miscanthus Genotypes with Limited and Unlimited Water Supply”, April 12, 2000.

20 Macknick, et al. “A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies”, National Renewable Energy Laboratory, March, 2011, p. 14.

21 WWF, “Плотины и развитие. Новая методическая основа для принятия решений”, Отчет всемирной комиссии по плотинам. Москва, 2009 г.

Массовое применение "ветряков" ущербно для фауны.
Фото Reuters

Потенциал альтернативных, возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Российской Федерации чрезвычайно велик. Экономический потенциал использования ВИЭ равен 270 млн. тонн условного топлива в год, что соответствует более 25% от годового энергопотребления. Однако вклад в энергобаланс России альтернативных источников энергии – геотермальных вод, приливных течений, ветра, солнца и т.д. – очень мал, масштабы и темпы их освоения у нас в стране отстают от зарубежных и не отвечают потребностям экономики.

Осуществляемая в настоящее время программа экономического и социального развития России на ближайшие годы не может быть выполнена без мощной энергетической базы, без опережающего развития энергетики и внедрения энергосберегающих технологий, одним из направлений которых является перестройка структуры топливно-энергетического баланса страны в направлении уменьшения доли ископаемого топлива – нефти, газового конденсата, газа, угля и других видов топлива за счет возрастания доли АЭС, ГЭС и активного использования ВИЭ. Кроме экономии органического топлива развитие нетрадиционной энергетики позволяет снизить объемы его перевозок и затраты на транспортировку.

Перестройке структуры энергетики в России в пользу ВИЭ способствует также наряду со многими другими причинами увеличение нефтепереработки до 75–80%, что в несколько раз снижает возможность использования мазутного топлива, в том числе для электростанций. Сложным становится и увеличение потребления газа электростанциями России, имея в виду, что газ – важный экспортный ресурс.

Перераспределение составляющих энергобалансов многих регионов и целых стран за счет роста использования ВИЭ является не только важнейшим направлением энергосберегающей политики, но играет значительную роль в стратегии предотвращения изменения климата, так как получение энергии и тепла с помощью ВИЭ сопровождается минимальными по сравнению с традиционными установками выбросами в атмосферу парниковых газов.

Наиболее остро вопрос о расширении использования ВИЭ стоит сейчас в России, потому что больше 70% ее территории с населением около 20 млн. человек находится в зоне децентрализованного электроснабжения (Крайний Север, Дальний Восток и др.). Не решаемая вовремя проблема завоза нефтепродуктов в северные и другие труднодоступные районы вызывает необходимость аварийной эвакуации населения из таких с трудом освоенных регионов. Но в этих регионах имеются большие ресурсы ВИЭ, в том числе энергия ветра, малых рек, солнца, тепла Земли. По разным оценкам, здесь может быть обеспечено с помощью ВИЭ от 25 до 50% энергопотребления. Это также способствует очистке северных территорий от скопления тары для топлива (бочек, контейнеров и т.д.).

Использование ВИЭ решает проблему снабжения электроэнергией большого числа мелких территориально разобщенных потребителей. Одновременно использование возобновляемых источников энергии позволяет учесть межотраслевые региональные интересы, включая экологию и конкретные планы экономического и социального развития отдельных территорий. Социальная роль ВИЭ заключается также в выравнивании обеспеченности энергией районов с разной плотностью населения, в том числе центральных сильно заселенных и труднодоступных малонаселенных территорий, что приводит к глубокой перестройке стиля энергопотребления и жизни.

В современных условиях, характеризующихся инвестиционным голодом, ВИЭ могут вводиться в эксплуатацию в виде небольших модулей, не требующих больших капиталовложений, а затем наращиваться по мере необходимости. Многие установки ВИЭ могут работать в автономном режиме и не требуют большого числа обслуживающего персонала.

Немаловажным обстоятельством, способствующим обращению к объектам ВИЭ, является отрицательное отношение в обществе к ГЭС, АЭС, ТЭС.

Наконец, чрезвычайно важное в современных условиях обстоятельство – ВИЭ обеспечивают децентрализованную от энергосистем форму электроснабжения. Поэтому наличие возобновляемых источников энергии способствует повышению безопасности снабжения населения электричеством и теплом в случае непредвиденного или преднамеренного отключения крупных энергосистем (теракты и т.д.).

Возможные экологические последствия

Анализ рядом исследователей эксплуатации ВИЭ в различных странах показал, что эти источники не всегда являются безупречными в экологическом отношении.

Еще в 1981 году в городе Найроби (Кения) состоялась Конференция ООН, на которой была принята «Мировая программа действий по использованию новых и возобновляемых источников энергии». Спустя 10 лет группа экспертов ООН проанализировала состояние дел в этой отрасли энергетики и, используя большое количество материалов по миру, дала оценку экологических последствий использования различных видов нетрадиционных источников энергии. Общее заключение экспертов свидетельствует о том, что существующее представление о ВИЭ как о полностью экологически чистых источниках ошибочно. Экспертиза показала необходимость анализа взаимодействий ВИЭ с окружающей средой еще на стадии проектирования. Это позволит не повторять ошибок, допущенных при проектировании и эксплуатации традиционных энергоустановок, когда сначала были разработаны и внедрены их технологии, а затем начались поиски путей снижения неблагоприятных воздействий на окружающую среду.

Эксперты ООН убедительно показали также необходимость исследования воздействия установок ВИЭ, связанного не только с выработкой энергии, но и с изготовлением оборудования, в том числе с добычей сырья для его создания. Именно на этом этапе во многих случаях могут проявиться наиболее существенные отрицательные экологические последствия ВИЭ.

Однако при оценке экологических преимуществ и недостатков ВИЭ необходимо учитывать мощность их установок, от которых зависит степень воздействия на окружающую среду. Максимальное неблагоприятное воздействие оказывают объекты большой мощности. Установки малой мощности практически безопасны в экологическом отношении, положительный эффект от их эксплуатации неизмеримо выше возможного экологического ущерба.

Покажем на примере наиболее используемых установок ВИЭ возникающие при их эксплуатации проблемы.

Ветроустановки

Использование энергии ветра (ВЭУ) недостаточно изучено в экологическом отношении. Давно установлено, что ВЭУ вызывают интенсивное акустическое излучение. Есть свидетельства о том, что ветроустановка мощностью 2 МВт в США (штат Северная Каролина) с лопастью пропеллера 60 м отключается ночью из-за сильного шума. Особую экологическую проблему представляют собой шумовые воздействия ветроустановок мощностью более 250 КВт, так как скорость на конце лопаток ветроколес большого диаметра у таких установок соизмерима со сверхзвуковой скоростью. При этом возникает инфразвук, отрицательно воздействующий на живые существа, в том числе и на человека. Замечено влияние работающих станций на прием теле- и радиопередач. Отмечаются помехи для воздушного сообщения, изменяются показания навигационных приборов. ВЭУ травмируют и отпугивают птиц, особенно на перелетных трассах, при создании комплекса ВЭУ ухудшаются условия существования мелких наземных животных, птиц, насекомых, а также морской фауны при размещении ветроэлектростанций (ВЭС) на акваториях.

При воздействии ВЭС, объединяющих большое количество ветроустановок, ослабевает сила воздушных потоков, что может привести к нарушению теплового баланса и сказаться на климате, а также отразиться на проветривании расположенных недалеко промышленных районов. И наконец, ветроустановки нуждаются в больших площадях и при этом могут оказать влияние на изменение свойств почвенного покрова.

Исследователи последствий создания ВЭУ не исключают также аварийных ситуаций – поломку агрегатов и отлет поврежденных деталей. У крупных ВЭУ лопасти могут быть отброшены на 400–800 м. В Дании на 2000 ВЭУ приходится 630 вынужденных остановок в квартал и 20 случаев разрушения отдельных элементов.

И наконец, нужно вспомнить о большом количестве металла для производства оборудования ВЭУ. Замена металлических конструкций стеклопластиковыми требует изучения экологических последствий химических технологий по производству стеклопластика.

Неравномерность выработки энергии ВЭУ можно компенсировать совмещением их с работой других энергообъектов, то есть сооружением ВЭУ в составе энергокомплексов. Так ВЭУ, работающие параллельно с гидростанциями и в комплексе с ними, могут снизить в определенное время выработку энергии от ГЭС и сработку уровней воды в водохранилище. Отрицательные последствия ВЭУ снижаются при расположении их на акваториях морей.

Солнечные электростанции (СЭС)

Наряду с большими преимуществами использования энергии солнца – ее бесплатностью, возобновимостью и огромными ресурсами – есть целый ряд технических, экологических и экономических факторов, затрудняющих ее широкое применение для выработки электроэнергии. Технические трудности – низкая плотность солнечной радиации у земной поверхности (в наиболее благоприятных районах 1 кВт/кв. м), нерегулируемый режим поступления к поверхности земли потока солнечного излучения в связи с вращением Земли и облачностью, очень низкий КПД преобразования солнечной энергии в тепловую и т.д. Все это требует, особенно для станций с термодинамическими системами, создания больших отражающих и поглощающих поверхностей, систем ориентирования аккумуляторов большой стоимости. Периодичность, зависимость от состояния атмосферы, неравномерность притока солнечной радиации в течение суток и года требует создания аккумулирующих или дублирующих систем. Большая стоимость панелей и всей оптической системы делает производство электроэнергии от солнечной радиации пока очень дорогим для крупных энергоустановок. Кроме того, СЭС занимают большие площади, они землеемки. Для получения с помощью СЭС энергии, равной энергии от ТЭС и ГЭС, принимающие устройства, особенно у крупных СЭС, должны покрыть значительные площади, что неизбежно приведет к снижению температуры поверхности почвы и воздуха, а при массовом строительстве СЭС может вызвать нарушение теплового баланса, изменить направление ветра, характер почв и растительности обширных регионов. Кроме того, изготовление гелиоэнергетического оборудования требует помимо кремния многие дорогостоящие материалы и электроэнергию, получение которых, в свою очередь, может быть связано с неблагоприятными воздействиями на окружающую среду.

Тепловой сброс в биосферу от СЭС в два раза превышает количество тепла от ТЭС на органическом топливе. В связи с этим рекомендуется новый тип СЭС, использующих эффект «соляных солнечных прудов» – эффект сильного нагрева нижних слоев воды в замкнутых водоемах, содержащих повышенные концентрации солей. Для этих целей может быть использовано множество естественных соляных озер на территории юга России.

Есть еще один экологический аспект – обратное влияние окружающей среды на гелиостаты – загрязнение их деталей пылью, химическими соединениями, осадками и т.д.

Однако в настоящее время целесообразно шире внедрять не только небольшие гелиоустановки в коммунальное хозяйство для получения тепла и энергии, но и усилить исследования в области большой гелиоэнергетики. Удорожание органического топлива наряду с удешевлением стоимости оптических устройств разрешение экологических проблем сделают сооружение СЭС в перспективе экономически оправданным. Есть, кроме того, разработки по сочетанию применения солнечной и других видов энергии, например, перспективность совместной работы СЭС и ГЭС, когда при работе солнечной установки гидростанция разгружается на соответствующую мощность и экономит воду в водохранилище. В итоге получается своеобразная солнечно-аккумулирующая электростанция (САЭС), похожая на гидроаккумулирующую станцию (ГАЭС).

Подведем итоги

1. Развитие ВИЭ способствует осуществлению стратегии устойчивого развития экономики и является важным условием обеспечения энергетической безопасности страны. Они повышают степень автономности систем жизнеобеспечения населения, что особенно важно для регионов, лишенных централизованного электроснабжения. Остро необходимы также исследования по использованию ВИЭ в экстремальных по климатическим условиям районах (для электроснабжения антарктических и северных полярных станций).

2. Изучение многих опубликованных и ведомственных материалов свидетельствует о том, что ВИЭ, без сомнения, имеют большие экологические преимущества перед выработкой электроэнергии на традиционных энергоустановках (ТЭС, АЭС, ГЭС). Однако имеющие место неблагоприятные экологические последствия их создания свидетельствуют о необходимости нахождения наиболее приемлемых технических решений и совершенствования прогнозов.

3. Осуществление крупной национальной программы развития нетрадиционной энергетики требует принятия федерального закона и сопутствующих ему нормативно-правовых подзаконных актов по ВИЭ, предусматривающих комплекс мер по финансированию этого направления энергетики и научно-техническому содействию со стороны государства.

4. Существующие законодательства в области экономики и энергетики поощряют развитие традиционных функционирующих в настоящее время систем и, по существу, не способствуют внедрению ВИЭ. Лоббирование в верхних эшелонах власти интересов монополий, разрабатывающих и использующих ископаемые и ядерные энергоносители, является серьезным препятствием внедрения ВИЭ. Сказываются также инертность ряда ведомств и привычка к устоявшимся способам добычи и использования энергии, в которые уже вложены громадные средства.

5. Нетрадиционные энергоустановки чрезвычайно науко-, материало- и капиталоемки. Большие затраты на сооружение и длительный инвестиционный цикл делают их, с одной стороны, непривлекательными для вложения капитала. В то же время ввиду модульного характера энергетических систем и возможности их поэтапного внедрения уменьшаются инвестиционные затраты и риски.

6. Наряду с общим законом о ВИЭ целесообразно принятие конкретного плана действий, основанного на изучении перспектив, возможностей и особенностей создания нетрадиционных энергоустановок в различных регионах России.

7. Совершенствованию государственной политики в области развития ВИЭ должны содействовать научно-исследовательские и проектные работы, создание высокотехнологичных проектов, обеспечивающих решение энергетических, экологических и социально-экономических задач.

-- [ Страница 5 ] --

Обезвоженный этанол – жидкость в интервале температур от –117 до +78 °С с температурой воспламенения 423 °С. Применение его в двигателе внутреннего сгорания требует специального карбюратора. Поэтому и смешиhttp://dhes.ime.mrsu.ru – Кафедра теплоэнергетических систем 9 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) вают бензин с обезвоженным этанолом (20 % по объему) и используют эту смесь (газохол) в обычных бензиновых двигателях. Газохол в настоящее время – обычное топливо в Бразилии (этанол там получают из сахарного тростника и маниока), используют его и в США (этанол из кукурузы).

Важная особенность этанола – способность выдерживать ударные нагрузки без взрыва, из-за этого он гораздо предпочтительнее добавок из тетраэтилсвинца, вызывающего серьезные загрязнения атмосферы. Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивают двигателям 20%-ное увеличение мощности по сравнению с чистым бензином. Массовая плотность и теплотворная способность этанола ниже, чем бензина, соответственно теплота сгорания (24 МДж/м3) на 40% ниже чем бензина (39 МДж/м3). Однако лучшее горение этанола компенсирует это уменьшение теплотворной способности. Опыт подтверждает, что двигатели потребляют примерно одинаковое количество газохола и бензина.

Литература

1. Бойлс Д. Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки. – М. Агропромиздат, 1987.

2. Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. – Рига: Зинатие, 1988.

3. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. – М. Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.

16. Использование биотоплива для энергетических целей

16.1. Производство биомассы для энергетических целей

16.2. Пиролиз (сухая перегонка)

http://dhes.ime.mrsu.ru – Кафедра теплоэнергетических систем 10 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)

16.3. Термохимические процессы

16.4. Спиртовая ферментация (брожение)

16.4.1. Методы получения спирта

16.4.2. Использование этанола в качестве топлива

Литература

–  –  –

18.1. Проблема взаимодействия энергетики и экологии В комплексе существующих экологических проблем энергетика занимает одно из ведущих мест. В связи с интенсивным вовлечением возобновляемых источников энергии в практическое использование особое внимание обращается на экологический аспект их воздействия на окружающую среду.

Существует мнение, что выработка электроэнергии за счет возобновляемых источников представляет собой абсолютно экологически «чистый»

вариант. Это не совсем верно, так как эти источники энергии обладают принципиально иным спектром воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом, минеральном и гидравлическом топливе, причем в некоторых случаях воздействия последних представляют даже меньшую опасность. К тому же определенные виды экологического воздействия НВИЭ на окружающую среду не ясны до настоящего времени, особенно во временном аспекте, а потому изучены и разработаны еще в меньшей степени, чем технические вопросы использования этих источников.

Разновидностью возобновляемых источников энергии являются гидроэнергетические ресурсы. Долгое время их также относили к экологически «чистым» источникам энергии. Не принимая во внимание экологические последствия такого использования, естественно, не проводилось достаточных разработок природоохранных и средозащитных мероприятий, что привело гидроэнергетику на рубеже 90-х годов к глубокому кризису. Поэтому возможные экологические последствия применения НВИЭ должны быть исследованы заранее.

Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источников в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 1 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) на уровне современных знаний и технологий обходится довольно дорого.

Однако во всех случаях их использование приводит к эквивалентному снижению расходов органического топлива и меньшему загрязнению окружающей среды. До настоящего времени во всех методиках, в которых приводится технико-экономическое сопоставление традиционных видов получения энергии с возобновляемыми источниками, эти факторы не учитывались вообще или только отмечались, но не оценивались количественно.

Таким образом, актуальной становится задача разработки научно обоснованных методов экономической оценки экологических последствий использования различных видов возобновляющихся источников энергии и новых методов преобразования энергии, которые должны количественно учесть факторы иного, по сравнению с традиционными установками, воздействия на окружающую среду.

Рассмотрим основные факторы экологического воздействия нетрадиционных возобновляющихся источников энергии на различные природные среды и объекты.

18.2. Экологические последствия развития солнечной энергетики

Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объектами, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзя назвать полностью обоснованным. В лучшем случае к экологически чистой можно отнести конечную стадию – стадию эксплуатации СЭС, и то относительно.

Солнечные станции являются достаточно землеемкими. Удельная землеемкость СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га/кВт с наиболее вероятными значениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чем для ТЭС и АЭС. При этом надо учесть, что солнечные станции весьма материалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях землеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеемКафедра теплоэнергетических систем, 2004 2 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) кость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.

Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.

Гелиотехника косвенным образом оказывает влияние на окружающую среду. В районах ее развития должны возводиться крупные комплексы по производству бетона, стекла и стали. Во время изготовления кремниевых, кадмиевых и арсенидогелиевых фотоэлектрических элементов в воздухе производственных помещений появляются кремниевая пыль, кадмиевые и арсенидные соединения, опасные для здоровья людей.

Космические СЭС за счет СВЧ-излучения могут оказывать влияние на климат, создавать помехи теле- и радиосвязи, воздействовать на незащищенные живые организмы, попавшие в зону его влияния. В связи с этим необходимо использовать экологически чистый диапазон волн для передачи энергии на Землю.

Неблагоприятные воздействия солнечной энергии на окружающую среду могут проявляться:

в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;

©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 3 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) в большой материалоемкости;

в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты и нитриты;

в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов токсичными веществами при использовании солнечных систем в сельском хозяйстве;

в изменении теплового баланса, влажности, направления ветра в районе расположения станции;

в затемнении больших территорий солнечными концентраторами, возможной деградации земель;

в воздействии на климат космических СЭС;

в создании помех телевизионной и радиосвязи;

в передаче энергии на Землю в виде микроволнового излучения, опасного для живых организмов и человека.

18.3. Влияние ветроэнергетики на природную среду

Факторы воздействия ВЭС на природную среду, а также последствия этого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрицательных проявлений приведены в табл. 18.3.1. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Под мощные промышленные ВЭС необходима площадь из расчета от 5 до 15 МВт/км2 в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь от 70 до 200 км2. Выделение таких площадей в промышленных регионах сопряжено с большими трудностями, хотя частично эти земли могут использоваться и под хозяйственные нужды. Например, в Калифорнии в 50 км от г. Сан-Франциско на перевале Алтамонт-Пасс земля, отведенная под парк мощной ВЭС, одновременно служит для сельскохозяйственных целей.

–  –  –

Проблема использования территории упрощается при размещении ВЭС на акваториях. Например, предложения по созданию мощных ВЭС на мелкоКафедра теплоэнергетических систем, 2004 5 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) водных акваториях Финского залива и Ладожского озера не связаны с изъятием больших территорий из хозяйственного, пользования. Из отводимой площади акватории для ВЭС непосредственно под сооружения для ВЭУ понадобится лишь около 2 %. В Дании дамба, на которой установлен парк ВЭУ, одновременно является пирсом для рыболовных судов. Использование территории, занятой ветровым парком, под другие цели зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. У больших ВЭУ лопасть при отрыве может быть отброшена на 400–800 м.

Наиболее важный фактор влияния ВЭС на окружающую среду – это акустическое воздействие. В зарубежной практике выполнено достаточно исследований и натурных изменений уровня и частоты шума для различных ВЭУ с ветроколесами, отличающимися конструкцией, материалами, высотой над землей, и для разных природных условий (скорость и направление ветра, подстилающая поверхность и т. д.).

Шумовые эффекты от ВЭУ имеют разную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия. Последние, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 Гц до нескольких кГц). Они вызваны вращением рабочего колеса и определяются следующими явлениями: образованием разряжения за ротором или ветроколесом с устремлением потоков воздуха в некую точку схода турбулентных потоков;

пульсациями подъемной силы на профиле лопасти; взаимодействием турбулентного пограничного слоя с задней кромкой лопасти.

Удаление ВЭС от населенных пунктов и мест отдыха решает проблему шумового эффекта для людей. Однако шум может повлиять на фауну, в том числе на морскую фауну в районе экваториальных ВЭС. По зарубежным данным, вероятность поражения птиц ветровыми турбинами оценивается в 10%, если пути миграции проходят через ветровой парк. Размещение ветровых парков повлияет на пути миграции птиц и рыб для экваториальных ВЭС.

©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 6 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) Высказываются предположения, что экранирующее действие ВЭС на пути естественных воздушных потоков будет незначительным и его можно не принимать во внимание. Это объясняется тем, что ВЭУ используют небольшой приземный слой перемещающихся воздушных масс (около 100-150

м) и притом не более 50 % их кинетической энергии. Однако мощные ВЭС могут оказать влияние на окружающую среду: например, уменьшить вентиляцию воздуха в районе размещения ветрового парка. Экранирующее действие ветрового парка может оказаться эквивалентным действию возвышенности такой же площади и высотой порядка 100-150 м.

Помехи, вызванные отражением электромагнитных волн лопастями ветровых турбин, могут сказываться на качестве телевизионных и микроволновых радиопередач, а также различных навигационных систем в районе размещения ветрового парка ВЭС на расстоянии нескольких километров.

Наиболее радикальный способ уменьшения помех – удаление ветрового парка на соответствующее расстояние от коммуникаций. В ряде случаев помех можно избежать, установив ретрансляторы. Этот вопрос не относится к категории трудноразрешимых, и в каждом случае может быть найдено конкретное решение

Неблагоприятные факторы ветроэнергетики:

шумовые воздействия, электро-, радио- и телевизионные помехи;

отчуждение земельных площадей;

локальные климатические изменения;

опасность для мигрирующих птиц и насекомых;

ландшафтная несовместимость, непривлекательность, визуальное невосприятие, дискомфортность;

изменение традиционных морских перевозок, неблагоприятные воздействия на морских животных.

–  –  –

18.4. Возможные экологические проявления геотермальной энергетики Основное воздействие на окружающую среду геотермальные электростанции оказывают в период разработки месторождения, строительства паропроводов и здания станций, но оно обычно ограничено районом месторождения.

Природный пар или газ добываются бурением скважин глубиной от 300 до 2700 м. Под действием собственного давления пар поднимается к поверхности, где собирается в теплоизолированные трубопроводы и подается к турбинам. К примеру, в долине гейзеров (США) производительность каждой скважины обеспечивает в среднем 7 МВт полезной мощности. Для работы станции мощностью 1000 МВт требуется 150 скважин, которые занимают территорию более 19 км2.

Потенциальными последствиями геотермальных разработок являются оседание почвы и сейсмические эффекты. Оседание возможно всюду, где нижележащие слои перестают поддерживать верхние слои почвы и выражается в снижении дебитов термальных источников и гейзеров и даже полном их исчезновении. Так, при эксплуатации месторождения Вайрокей (США) с 1954 по 1970 гг. поверхность земли просела почти на 4 м, а площадь зоны, на которой произошло оседание грунта, составила около 70 км2, продолжая ежегодно увеличиваться.

Высокая сейсмическая активность является одним из признаков близости геотермальных месторождений, и этот признак используется при поисках ресурсов. Однако интенсивность землетрясений в зоне термальных явлений, вызванных вулканической деятельностью, обычно значительно меньше интенсивности землетрясений, вызванных крупными смещениями земной коры по разломам. Поэтому нет оснований считать, что разработка геотермальных ресурсов увеличивает сейсмическую активность.

На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем отравляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 8 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) ТЭС, и они имеют другой химический состав по сравнению с газообразными отходами станций на органическом топливе. Пар, добываемый из геотермальных скважин, в основном является водяным. Газовые примеси на 80 % состоят из двуокиси углерода и содержат небольшую долю метана, водорода, азота, аммиака и сероводорода. Наиболее вредным является сероводород (0,0225 %). В геотермальных водах содержатся в растворенном виде такие газы, как SO2, N2, NH3, H2S, CH4, H2.

Потребность ГеоТЭС в охлаждающей воде (на 1 кВт·ч электроэнергии) в 4-5 раз выше, чем ТЭС, из-за более низкого КПД. Сброс отработанной воды и конденсата для охлаждения в водоемы может вызвать их тепловое загрязнение, а также повышение концентрации солей, в том числе хлористого натрия, аммиака, кремнезема, и таких элементов, как бор, мышьяк, ртуть, рубидий, цезий, калий, фтор, натрий, бром, иод, хотя и в небольших количествах.

С ростом глубин скважин возможно увеличение этих поступлений.

Одно из неблагоприятных проявлений ГеоТЭС – загрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин. Сброс отработанных термальных вод может вызвать заболачивание отдельных участков почвы в условиях влажного климата, а в засушливых районах – засоление. Опасен прорыв трубопроводов, в результате которого на землю могут поступить большие количества рассолов.

ГеоТЭС, имея КПД в 2-3 раза меньше, чем АЭС и ТЭС, дают в 2-3 раза больше тепловых выбросов в атмосферу. В качестве простого пути сокращения воздействий на окружающую среду следует рекомендовать создание круговой циркуляции теплоносителя на ГеоТЭС по системе «скважина – теплосъемные агрегаты – скважина – пласт». Это позволит избежать поступления термальных вод на поверхность земли, в грунтовые воды и поверхностные водоемы, обеспечить сохранение пластового давления, исключить оседание грунта и любую возможность сейсмических проявлений.

Неблагоприятные экологические воздействия геотермальной энергеКафедра теплоэнергетических систем, 2004 9 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) тики на эколгию:

отчуждение земель;

изменение уровня грунтовых вод, оседание почвы, заболачивание;

подвижки земной коры, повышение сейсмической активности;

выбросы газов (метан, водород, азот, аммиак, сероводород) ;

выброс тепла в атмосферу или в поверхностные воды;

сброс отравленных вод и конденсата, загрязненных в небольших количествах аммиаком, ртутью, кремнеземом;

загрязнение подземных вод и водоносных слоев, засоление почв;

выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.

18.5. Экологические последствия использования энергии океана

При преобразовании любых видов океанической энергии неминуемы определенные изменения естественного состояния затрагиваемых экосистем.

К отрицательным последствиям работы установок, использующих термальную энергию океана, можно отнести возможные утечки в океан аммиака, пропана или фреона, а также веществ, применяемых для промывки теплообменников (хлор и др.). Возможно значительное выделение углекислого газа из поднимаемых на поверхность холодных глубинных вод из-за снижения в них парциального давления СО2 и повышения температуры, Выделение СО2 из воды при работе океанических ТЭС предположительно на 30% больше, чем при работе обычных ТЭС той же мощности, использующих органическое топливо. Охлаждение вод океана вызывает увеличение содержания питательных веществ в поверхностном слое и значительный рост фитопланктона. При подъеме к поверхности глубинные микроорганизмы будут загрязнять океан и придется применять специальные меры для его очистки.

Строительство ПЭС сказывается неблагоприятно на состоянии приКафедра теплоэнергетических систем, 2004 10 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) брежных земель, самого побережья и аквальной вдольбереговой полосы: изменяются условия подтопления, засоления, размыва берегов, формирование пляжей и т. д. Изменение движения грунтовых вод влияет на динамику засоления прибрежных земель.

На ПЭС в КНР изучены закономерности отложения наносов в водохранилище ПЭС и за плотиной, а также мероприятия по борьбе с ними. Эксплуатация ПЭС «Ране» во Франции показала, что принятая в ее проекте однобассейновая схема двухстороннего действия максимально сохраняет природный цикл колебаний бассейна и гарантирует тем самым экологическую безопасность приливной энергии.

Использование энергии волн на глубоководных местах в открытом океане сказывается на процессах в акватории океана. Преобразователи размещаются далеко от берега и не оказывают отрицательного действия на устойчивость побережья.

При установке преобразователей вблизи побережья возникают проблемы эстетического характера, так как они видны с берега. Цепочка устройств типа ныряющих уток Солтера длиной в несколько километров выглядит эстетически менее привлекательно, чем группа продуманно размещенных отдельно стоящих преобразователей энергии. Кроме того, непрерывная линия преобразователей в отличие от отдельно расположенных установок может стать препятствием для навигации и оказаться опасной для судов во время сильных штормов.

Один из важных вопросов влияния на окружающую среду преобразования энергии волн в прибрежной зоне – это воздействие на процессы в ее пределах. Вещества, перемещаемые волнами, называются прибрежными наносами. Движение их необходимо для стабилизации береговой полосы, т. е.

баланса между эрозией и отложениями. В связи с этим цепь из преобразователей энергии волн целесообразно устанавливать в местах намечаемых волноломов, чтобы они выполняли двойную функцию: использование энергии ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 11 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) волн и защиту побережья.

Неблагоприятные экологические последствия в гидротермальной энергетике:

утечки в океан аммиака, фреона, хлора и др.;

выделение СО2 из воды;

изменение циркуляции вод, появление региональных и биологических аномалий под воздействием гидродинамических и тепловых возмущений;

изменение климата.

Неблагоприятные экологические последствия в приливной энергетике:

периодическое затопление прибрежных территорий, изменение землепользования в районе ПЭС, флоры и фауны акватории;

строительное замутнение воды, поверхностные сбросы загрязненных вод.

Неблагоприятные экологические последствия в волновой энергетике:

эрозия побережья, смена движения прибрежных песков;

значительная материалоемкость;

изменение сложившихся судоходных путей вдоль берегов;

загрязнение воды в процессе строительства, поверхностные сбросы.

18.6. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными электростанциями и другими НВИЭ являются наиболее экологически безопасными.

Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевозможными отходами. Так, например, анаэробная ферментация – эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 12 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) экологической чистоты, так как твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.

Городские стоки и твердые отходы, отходы при рубках леса и деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источники сильного загрязнения природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики эффективно в экологическом отношении.

Однако неблагоприятные воздействия на объекты природной среды при энергетическом использовании биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины дает большое количество твердых частиц, органических компонентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Другим экологическим последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.

По сравнению с древесиной биогаз – более чистое топливо, непроизводящее вредных газов и частиц. Вместе с тем необходимы меры предосторожности при производстве и потреблении биогаза, так как метан взрывоопасен.

Поэтому при его хранении, транспортировке и использовании следует осуществлять регулярный контроль для обнаружения и ликвидации утечек.

При ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол образуется большое количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), являющихся серьезным источником загрязнения среды, поскольку их вес в несколько раз (до 10) превышает вес этилового спирта.

Неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:

выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ, окиси углерода, биогаза, биоспирта;

выброс тепла, изменение теплового баланса;

–  –  –

обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;

взрывоопасность;

большое количество отходов в виде побочных продуктов (промывочные воды, остатки перегонки).

–  –  –

18. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

18.1. Проблема взаимодействия энергетики и экологии

18.2. Экологические последствия развития солнечной энергетики.................. 2

18.3. Влияние ветроэнергетики на природную среду

18.4. Возможные экологические проявления геотермальной энергетики........ 8

18.5. Экологические последствия использования энергии океана.................. 10

18.6. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок

Литература