Экологические аспекты электроэнергетики

Введение

В нашем мире ни шагу нельзя ступить без использования электроэнергии. Электричество очень важно для нормального существования человечества, и потребности человека в электроэнергии постоянно возрастают, поэтому энергетика является объектом самого пристального общественного внимания.
Экономический рост 20–21 столетий неразрывно связан с прогрессом в электроэнергетики как базовой отрасли любой социально-экономической системы. При этом стремительное развитие энергетики сопровождалось все возрастающим негативным антропогенным влиянием на окружающую среду.
Экологическая характеристика основных объектов электроэнергетики, на базе которых может осуществляться ее развитие, свидетельствует о том, что все они оказывают то или иное отрицательное воздействие на окружающую среду.
Проблемы обеспечения электроэнергетики и ее экологичности волнуют в настоящее время широкие слои нашего общества. Актуальность темы «Электроэнергетика и экология» неоспорима. Человечество всегда нуждалось, и будет нуждаться в энергии, чтобы выжить в современном мире. Дальнейшее развитие электроэнергетики в первую очередь связано с распространением положений концепции устойчивого развития с основополагающей системой «человек-природа-общество».
Объектом исследования является электроэнергетика. Предмет исследования: воздействие электроэнергетики на окружающую среду.
Целью работы состоит в изучении проблем взаимодействия электроэнергетики и экологии, рассмотрении путей их решения.

1. Сущность, значение и проблемы электроэнергетики
Электроэнергетика является ключевой мировой отраслью, которая определяет технологическое развитие человечества в глобальном смысле этого слова. Данная отрасль включает в себя не только весь спектр и разнообразие методов производства (генерации) электроэнергии, но и ее транспортировку конечному потребителю в лице промышленности о всего общества в целом. Развитие электроэнергетики, ее совершенство и оптимизация, призванная удовлетворить постоянно растущий спрос на электроэнергию – это ключевая общая мировая задача современности и дальнейшего обозримого будущего.
Электроэнергетика – это подразделение энергетики, которое отвечает за производство, распределение, передачу и продажу именно электрической энергии.1
На сегодняшний день, электроэнергетику можно разделить на три фундаментальных технологических ветви, каждая из которых осуществляет электрогенерацию своим, уникальным способом.
Атомная электроэнергетика - высокотехнологичная и самая перспективная ветвь электроэнергетики, в основу которой положен процесс деления ядер атомов в специально приспособленных для этого реакторах. Тепловая энергия, образуемая при ядерном делении, преобразуется в электричество.
Тепловая электроэнергетика. Основой данной энергетики является то или иное топливо (газ, уголь, определенные типы нефтепродуктов), которое, сгорая, трансформируется в электроэнергию.
Ключевым аспектом гидроэнергетики является вода, которая определенным образом запасается в реках и водоемах (водохранилищах). Запасенные водные массы проходят через электрогенерирующие турбины, вырабатывая тем самым существенное количество электроэнергии.
Структуру производства электроэнергии на настоящий момент можно увидеть на диаграмме (см. рисунок 1).2
Наряду с положительным эффектом (производством электроэнергии) электростанции могут оказывать отрицательное воздействие на окружающую человека природную среду. Все энергетические предприятия при работе в той или иной мере оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду, на биосферу, на жизнь и здоровье человека, что на сегодняшний день является актуальной проблемой.
2. Особенности экологических проблем ТЭС, ГЭС, АЭС и пути их решения
2.1 Экологические проблемы тепловой электроэнергетики и пути их решения
Тепловые электростанции работают по такому принципу: топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду, циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийся пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, – вал электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется; вода из конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел.
Тепловые электростанции работают на органическом топливе, и их строят обычно вблизи мест добычи топлива. Они используют в качестве топлива сравнительно дешевые уголь и мазут. Но эти виды топлива – невосполнимые природные ресурсы. Основные энергетические ресурсы в мире сегодня – уголь (40%), нефть (27%), газ (21%). Этих запасов, по некоторым оценкам, хватит, соответственно, на 270, 50 и 70 лет, и то при условии, что человечество будет расходовать их с той же скоростью, с какой расходует сегодня.3
Из-за недостатка добываемого угля снижается его качество; увеличились затраты на его транспортировку, так как многие месторождения энергетических ресурсов уже исчерпаны. Усилился экологический контроль над производством и использованием топлива. Так как не хватает качественного топлива, ТЭС работают на низкосортном. Сжигание углей низкого качества приводит к перерасходу топлива, а также к загрязнению атмосферы.
В процессе сгорания топлива образуются вредные вещества, которые выводятся в атмосферу с дымом и попадают в почву с золой. К экологическим проблемам тепловых электрических станций относятся выбросы оксидов азота, двуокиси серы, твердых частиц, а также выбросы оксидов углевода в атмосферу, сбросы загрязняющих веществ в водоемы, наличие большого количества отходов золошлаковых материалов и низкий уровень их полезного использования.
Оксиды серы и оксиды азота представляют серьезную экологическую проблему

. При увеличениях концентрации этих загрязняющих веществ возрастает число заболеваний дыхательных путей, в первую очередь среди людей старшего поколения. Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту.
Также, в результате реакции между водой и оксидами серы и азота образуются кислотные дожди. Они создают угрозу существования биосферы и самого человека, являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев и растительности, ускоряют разрушение зданий и памятников культуры, трубопроводов, понижают плодородие почв.
Помимо того, что эти выбросы неблагоприятно влияют на окружающую среду, продукты сгорания вызывают парниковый эффект, который грозит нам засухами.
Твердые частицы - золы уноса тепловых электростанций в атмосферу также оказывают негативное воздействие на органы дыхания человека и животных, лесные угодья, водные объекты.
В настоящее время имеются четыре направления борьбы с загрязнителями приземной атмосферы:4
• оптимизация процесса сжигания топлива;
• очистка топлива от элементов, образующих при сжигании загрязняющие вещества;
• очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;
• рассеивание загрязнителей в атмосферном воздухе.
Применяемые способы уменьшения образования вредных примесей при сжигании топлива очень сложны, но достаточно эффективны и позволяют одновременно сократить выход всех или основных наиболее токсичных компонентов.
2.2 Экологические проблемы гидроэлектростанций и пути их решения
Такие электростанции преобразуют механическую энергию потока воды в электроэнергию посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение электрические генераторы. Наибольший КПД гидроэлектростанция имеет тогда, когда поток воды падает на турбину сверху. Для этих целей строится плотина, поднимающая уровень воды в реке и сосредотачивающая напор воды в месте расположения турбин.
При постройке плотины образуется водохранилище. Вода, залившая огромные площади, необратимо изменяет окружающую среду. Подъем уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засоленность, изменения прибрежной растительности и микроклимата. Кроме того, плотина перегораживает путь рыбе, идущей на нерест. Затапливаются поля, леса. Выселяются с насиженных мест люди.
Применительно к объектам гидроэнергетики природоохранные меры включают в себя:5
• выбор створов новых ГЭС с учетом экологического благополучия региона с обеспечением приоритета сохранения биоразнообразия и охраны особо охраняемых природных территорий при проектировании и размещении новых ГЭС;
• обеспечение полной и своевременной компенсации ущерба водным биологическим ресурсам;
• проведение мелиоративных работ и обвалование мелководных зон водохранилищ для комплексного (сельскохозяйственного и рыбохозяйственного) их использования;
• строительство компенсационных рыбохозяйственных объектов, рыбопропускных и защитных сооружений, разработка мероприятий для сохранения рыбных запасов, мест размножения и нагула, внедрение технических устройств для сохранения путей миграции рыб в целях уменьшения негативного воздействия гидроузлов на ихтиофауну;
• разработка и внедрение селективных водозаборов ГЭС, позволяющих регулировать температурный режим воды в нижнем бьефе, путем ее забора с различных глубин водохранилища и уменьшения тем самым влияния на микроклимат;
• реконструкция систем водоотведения с целью полного прекращения сбросов в водные объекты неочищенных хозбытовых стоков;
• применение современных материалов в различных элементах гидросилового и гидромеханического оборудования, возведение каскадов ГЭС и малых ГЭС из блок-модулей заводского изготовления с использованием наплавной технологии;
• использование рабочих колес, исключающих протечки экологически опасных жидкостей в проточную часть;
• применение самосмазывающихся материалов в узлах трения механизмов кинематики (без использования масел);
• организация обеспечения комфортным жильем населения, переселяемого из зон затопления.
2.3 Экологические проблемы атомных электрических станций и пути их решения
Атомные электростанции действуют по такому же принципу, что и ТЭС, но используют для парообразования энергию, получающуюся при радиоактивном распаде. В качестве топлива используется обогащенная руда урана.
Как известно, за период с 1971 по 1989 год в 14 странах мира имела место 151 авария на АЭС. Однако за время существования ядерных энергетических реакторов произошли только три крупные аварии, сопровождавшиеся большими выбросами радиоактивных веществ (в Великобритании в 1957 году, в США в 1979 году и в СССР в 1986 году). Первые две аварии не оказали серьезного влияния на экономическую жизнь населения соответствующих районов. Авария в СССР на Чернобыльской АЭС была самой крупной в истории ядерной энергетики и сопровождалась значительными выбросами радиоактивных веществ и эвакуацией населения из зоны радиусом 30 км вокруг реактора.6
Также возможны аварии на предприятиях, перерабатывающих радиоактивные отходы, сопровождающиеся выбросом радионуклидов в окружающую среду. Таким примером может являться авария на Уральском предприятии «Маяк», занимавшемся переработкой отработанного ядерного топлива, в результате которой были подвергнуты радиоактивному заражению прилегающие территории, река Теча и, как следствие, была проведена эвакуация жителей из мест проживания ряда населенных пунктов.
АЭС не загрязняют окружающую среду вредными продуктами сгорания органического топлива, но опасность представляют собой радиоактивное топливо и радиоактивные отходы