Энергетика как загрязнитель биосферы

Одним из обстоятельств, предопределяющих необходимость энергосбережения, является то, что энергетика – один из главных загрязнителей биосферы. Так, в СНГ на её долю приходится 30% загрязнений атмосферы, в США – 20%, суммарная доля загрязнений, приходящаяся на энергетику и транспорт, составляет 70% [5]

Объекты энергетики загрязняют атмосферу, землю и воду вредными выбросами дымовых газов и сточными водами электростанций, сбросами большого количества теплоты, расходуя значительное количество водных и земельных ресурсов, подвергая биосферу вредному воздействию радиации, связанной с эксплуатацией атомных электростанций, электромагнитных полей линий электропередачи.

Основные объекты воздействия на окружающую среду – электростанции. Они различаются в экологическом отношении, такие виды первичных источников энергии, как органическое топливо, ядерное топливо, пироэнергия, солнечная энергия, энергия ветра, приливов волн, геотермальная энергия. В этих условиях ветрозаменяемость электростанций обеспечивает возможность маневрирования их составом и размещением в целях снижения отрицательного воздействия энергетики на окружающую среду с учётом состояния природы и экологических характеристик электростанций.

Хорошо отлаженная в организационно-правовом отношении политика энергосбережения приводит к уменьшению трат энергетических ресурсов и к соответствующему уменьшению отрицательного воздействия энергетической отрасли на биосферу.

Экологически вредным фактором, напрямую связанным с объёмом энергопотребления предприятия, отрасли, народного хозяйства в целом, является тепловое загрязнение. Другие экологически вредные факторы связаны с уровнем энергопотребления опосредованно. Так, уровень загрязнения атмосферы летучей золой ТЭС предопределяется не только мощностью последней, но и технологией сжигания топлива, качеством устройств пылеулавливания и рассеивания выбросов. В части фактора теплового загрязнения с большой степенью достоверности сожно считать, что объёмы потребления энергопотребителем топлива, горячей воды, пара одновременно являются и объёмами теплвого загрязнения прилегающего района. Динамика теплового загрязнения в мире от энергетических производств:

Температура, пожалуй, важнейший из абиотических факторов, влияющих на процессы в мире микроорганизмов, на выживание животных. Последнее сегодня особенно актуально для водной фауны и флоры, поскольку по сложившейся технологии сброса избыточного тепла значительная его часть отводится в водоёмы, что при относительно малом объёме поверхностных вод (средний расход планетарного поверхностного стока составляет 1,24*10³ км³/с) приводит к их значительному подогреву.

Однако менее очевидные эффекты могут иметь более серьёзные последствия. Например, влияние температуры на репродуктивную функцию организмов. Так, форели необходимы низкие температуры воды летом для формирования нормальных жизнеспособных икринок. Взрослые особи способны выжить в тёплой воде, но они не могут размножаться. Другой пример: повышение температуры может вызвать появление насекомых из яиц раньше, чем в обычных, без нагрева, условиях. Затем они погибают, так как пищи для них ещё нет. В перспективе такие эффекты могут стать более губительными, чем непосредственная гибель от перегрева воды. Температура может оказывать воздействие на структуру всего водного сообщества. Например, изменение температуры может изменить конкурентные позиции различных видов. В целом повышение температуры ведёт к упрощению водных сообществ, то есть число различных видов уменьшается, хотя количество представителей может быть велико. В исследованиях показано, что при 31 градусе число видов уменьшалось вдвое, чем при 26 градусах, при повышении температуры до 34 исчезли ещё 24 вида. По-видимому, такие экосистемы гораздо менее устойчивы, чем исходная более сложная экосистема.

Проблема теплового загрязнения имеет два измерения: глобальное и локальное. Можно допустить, что в глобальном масштабе это загрязнение (уровень 2000 г.) пока не велико и составляет лишь 0,019% (1,68*10⁵ млн. МВт) от поступающей на Землю солнечной радиации, то есть ситуация находится в рамках правила одного процента. Правда, для глобальных систем, таких, как биосфера, их энергия не может превзойти уровень примерно 0,2% от поступающей солнечной радиации без катастрофических последствий. Но ожидаемая в 2000 г. антропогенная энергия (32 млн. МВт) пока ещё меньше энергии фотосинтеза (100 млн. МВт), хотя по порядку величины фактически достигла данного принципиального порога. [3]

Гораздо более впечатляющи локальные очаги теплового загрязнения в промышленных районах. Так, плотность потока антропогенного тепла от Земли на территории ФРГ в среднем составляет 1,6 Вт/м² (в 1973 33% этого тепла приходилось на коммунальную сферу, 25% - на электрические станции, 29% - на промышленность, 13% - на транспорт), в Вестфалии – 4,5 Вт/м², в Руре – 17 Вт/м². в Берлине – 22 Вт/м². В центре Манхеттена – 630 Вт/м², в зоне бумажной фабрики – 2000 Вт/м², на угольной ТЭС – 1000-2400 МВт/м². Заметим, что максимальная плотность потока солнечной радиации вблизи поверхности Земли составляет 935 Вт/м². Значит, тепловое загрязнение по ФРГ в среднем составляет 0,17% от падающей на Землю радиации, а на отдельных территориях (в Руре, например) достигает 2%. На основании этих данных легко представить, какого уровня достигнет тепловое загрязнение Земли, если все страны будут продвигаться к уровню энергопотребления, достигнутому в ФРГ. Тем более, что существуют мнения, что пороговой величиной для антропогенной энергии является величина в 0,1% от падающей на Землю солнечной радиации.

В большинстве промышленных стран установлены пределы теплового загрязнения. Они относятся, как правило, к режимам водоёмов, так как по сложившейся технологии отвода тепловых отходов водоёмы принимают основную часть сбросного тепла и наиболее страдают от теплового загрязнения. В Европе принято, что вода водоёма не должна подогреваться больше чем на 3 градуса по сравнению с естественной температурой водоём. В США нагрев воды в реках не должен повышать 3, а в озёрах 1,3 градуса, в прибрежных водах морей и океанов 0,8 летом и 2 в остальное время. В России, согласно правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами, действующих с 1975 года, температура воды в водоёмах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения не должна повышаться более чем на 3 градуса по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца за последние 10 лет.

В настоящее время около 30% энергопотребления приходится на электроэнергетику, 35% - на отопление и горячее водоснабжение, 30% - на технологическое потребление тепла. Согласно статистике, из всех тепловых сбросов 18% приходится на отходы использования тепла, 22% - на отопление и горячее водоснабжение, 42% - на теплоконденсацию на ТЭС. Первый и третий виды сбросов, как правило, отводят непосредственно в атмосферу, второй и четвёртый – через систему водяного охлаждения. Заметим, что внедрение установки Геллера позволяет отвести значительную часть потока теплового загрязнения от водоёмов и направить её в атмосферу. Хотя общий поток теплового загрязнения биосферы при этом остаётся неизменным, тепловая нагрузка на водоёмы ощутимо уменьшается и облегчается участь водных сообществ. Так, в Нарвском водохранилище при сбросе подогретых на 8-10 градусов вод тепловое загрязнение охватывает зону радиусом 10 км. В реках тепловое загрязнение, связанное с повышением температуры на 8-10 градусов, сохраняется неизменным примерно на расстоянии 2 км вниз по течению, затем температура начинает снижаться.

Если говорить о масштабах теплового загрязнения атмосферы, то показательны такие оценки: от промышленного центра с населением 2 млн. человек, с электростанциями суммарной мощностью 4600 МВт и нефтехимическими заводами шлейф тепловых загрязнений распространяется на 80-120 км при ширине зоны загрязнения 50 км и высоте около 1 км.

Менее известен и другой ингредиент выброса технологического процесса - закись азота. Она наблюдается свыше ста лет и за это время не разложилась и лишь накапливается в атмосфере без каких-либо изменений. Из-за активного сжигания топлива концентрация ее возросла в десятки раз, а поскольку этот газ является парниково-образующим, то это усиливает эффект потепления планеты. На всем пути своего перемещения в стратосферу он оказывает отрицательное воздействие на весь живой мир земного шара.

Среди всех продуктов сгорания самый наибольший объем составляют оксиды азота. [1]

Его содержание в атмосфере неуклонно с возрастающей скоростью растет и увеличилось уже почти на 20%. Это повлекло потепление общего климата. Тому много примеров. Так, на российском побережье Северного Ледовитого океана в последние годы вечная мерзлота начинает оттаивать со скоростью 7-8 км/год, а в Норильске (кстати упомянуть, признанным самым загрязненным городом Земли) проседают фундаменты домов. За текущие десятилетия ледники Кавказа уменьшили свою массу более чем на 40%. А прошлым летом у берегов Антарктиды был обнаружен самый большой за всю историю человечества айсберг длиною порядка 170 км [2]

Самое большое количество углекислого газа поступает от промышленности США (36%). Далее следует Россия (17,4%), Япония (8,5%), Германия (7,4%) и т.д. Киотское соглашение большинства государств мира приняло решение к 2010 году снизить почти на 6% суммарный выброс парникообразующего газа. Квоты на ограничения разделились неодинаково - от 8% для Австрии, Бельгии, Германии, Литвы, Франции и др., 7% для США и 6% для Японии, Польши, Канады и т.д. Сокращение выбросов СО2 адекватно уменьшению выработки дополнительной энергии в основном тепловой и электрической. Здесь понятие "энергосбережение" и экологические аспекты встретились и объединились с коммерческой выгодой.