Основы экологии и энергосбережения

Министерство образования Республики Беларусь

БГУИР

Факультет заочного обучения

Кафедра: Экологии

Контрольная работа № 1

по дисциплине: «Основы экологии и энергосбережения»

2012

1.Основные этапы в истории взаимоотношений общества и природы (древнекаменный, новокаменный, промышленный, этап НТР), их отличительные эколого-экономические особенности.

В развитии взаимоотношения общества и природы существую определённые закономерности. В истории человечества можно выделить несколько качественно своеобразных этапов взаимодействия природы и общества в зависимости от уровня развития материального производства и прежде всего средств труда. Человек занимает особое положение в природе: с одной стороны, человек является природным, биологическим существом, с другой — социальным, посредством своей производственной деятельности противопоставляющим себя остальной природе. Вместе с тем человек как биологическое существо не может жить без непрерывного обмена веществ с окружающей средой в процессе жизнедеятельности, поэтому, являясь частью природы, человечество обязано развивать свою производственную деятельность, согласуясь с законами природы. Общая продолжительность времени, в течение которого осуществляются эти взаимодействия, не менее 3,5 млн лет. Именно таков возраст находок костей древнейших людей (архантропов), а также следов их жизнедеятельности — первых каменных орудий в Восточной Африке. Несколько моложе (от 1 млн до 250 тыс. лет) возраст ископаемых остатков архантропов в других районах мира — на о.Ява (питекантропов), в Китае (синантропов) и др. На первых порах определяющую роль в этих взаимоотношениях играл природный фактор, поскольку вся жизнь людей зависела от особенностей природной среды. Люди жили собирательством, охотой, рыболовством и не оказывали сколько-нибудь существенного влияния на природу. Совершенствуясь умственно и физически, древнейший человек все более видоизменял свои взаимоотношения с природой, однако человечеству потребовалось очень длительное время — сотни тысяч лет — для возникновения первой социальной организации общества — первобытнообщинного строя — и формирования человека современного типа — неоантропа. Первый этап в истории взаимоотношений человека с природой, названный учеными древнекаменным веком, или палеолитом, длился более 3 млн лет.

Второй этап — новокаменный век (неолит), наступление которого условно датируют временем около 10 тыс. лет назад, знаменуется появлением земледелия и скотоводства, переходом от присваивающих форм хозяйства, свойственных палеолиту, к производящей экономике. В этом переходе природный фактор играл важную роль: ухудшились природные условия, снизилась продуктивность охоты — важнейшего источника пищи человека. Развитие производственной деятельности усилило степень воздействия людей на природу. В этот период начали интенсивно вырубать леса, строить различные ирригационные сооружения, каналы и т.п. Появились населенные пункты, а затем и города — центры торговли и мануфактуры. Естественные ландшафты стали приобретать совершенно новые черты. Однако еще в течение многих тысячелетий главной формой взаимодействия общества с природой оставалась сельскохозяйственная деятельность, зависящая от особенностей природной среды. Третий этап данной периодизации связывают с промышленным переворотом на рубеже XVIII — XIX вв., ознаменовавшим переход от ремесленного производства к промышленному, от малопроизводительного ручного труда — к машинному. Это позволило человечеству создать грандиозные производительные силы. И если изменения в природе, вызванные хозяйственной деятельностью людей, прежде носили, как правило, локальный характер, то промышленная революция привела к резкому ускорению темпов роста индустриального производства, вовлечению в хозяйственный оборот новых источников сырья и энергии, значительному усилению воздействия общества на природу. Промышленное производство увеличило возможности как преобразования окружающей среды в интересах человека, так и нарушения экологического баланса. Отношения между обществом и природой во многих странах мира, особенно в крупных индустриальных районах, стали приобретать критический характер. В результате начали сокращаться площади лесов, исчезли многие виды животных, увеличились площади эродированных земель, начался процесс промышленного загрязнения природной среды, а ресурсы Земли стали резко сокращаться. Таким образом, отношения между обществом и природой, особенно в крупных индустриальных районах, стали приобретать критический характер. Возникли зоны повышенного антропогенного и техногенного влияния на природную среду, что привело к частичной, а в ряде случаев и полной региональной деградации.

Эти тенденции неизмеримо усилились с наступлением во второй половине XX века эпохи научно-технической революции (НТР), охватившей все сферы жизни человека и все регионы мира. НТР ознаменовалась появлением принципиально новых способов получения сырья и энергии, средств производства, выпуском новой продукции с самыми разнообразными технико-экономическими и физико-химическими свойствами. Подъем науки и техники в ряде случаев привел к неоправданной расточительности при эксплуатации природных ресурсов и, как следствие, — к сокращению пахотных земель и ухудшению их качественных характеристик, истощению некогда богатейших залежей угля, нефти, газа, уничтожению лесов, истреблению многих видов животных и растений, опустыниванию, растущему дефициту пресной воды, интенсивному загрязнению атмосферы. Дальнейшее неконтролируемое, неуправляемое развитие такой деятельности людей таит в себе опасность глобальной экологической катастрофы. Поэтому на смену стихийному естественноисторическому процессу взаимодействия природы и общества должна прийти сознательная и планомерная его организация. Особую остроту проблема взаимодействия природы и общества приобрела на современном этапе, который характеризуется переходом от индустриальной к постиндустриальной фазе развития в общемировом масштабе и от жестко централизованной к рыночной экономике — в Беларуси и других странах СНГ и бывшего социалистического лагеря. Экологически негативные явления, связанные с истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды, в той или иной степени проявились во всем мире. Но если в странах с развитой экономикой решение этой проблемы связано в основном с ограниченностью естественной сырьевой базы и поиском путей интенсификации природопользования, то у нас наиболее остро стоит вопрос создания действенного хозяйственного механизма, способствующего снижению антропогенного воздействия на окружающую среду, осложненного последствиями аварии на ЧАЭС, бережному отношению к богатствам природы.

2. Специфические экономические проблемы ядерной энергетики.

Дешевизна ядерного топлива в сравнении с обычным и необычайная простота физических и технических принципов реакторов деления позволяли рассчитывать на экономическую выгоду АЭС, а опыт реактора военного назначения и первых АЭС указал на их безопасность, достигаемую достаточно простыми инженерными мерами и высокой квалификацией персонала.

Однако эта уверенность была поколеблена большими авариями на АЭС в 70-е и 80-е годы и особенно Чернобыльской АЭС, что подчеркнуло вероятную природу проблемы безопасности. Поэтому некоторые страны или отказались от атомной энергии, или объявили мораторий на строительство новых АЭС (Австрия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Швеция). Перестали строить АЭС США, Канада, Англия, Германия.

После Чернобыля Россия тоже заморозила реализацию практически всех своих «атомных» проектов. Но в 2000 г. действующие АЭС Российской Федерации выработали 130,7 млрд. кВт • ч электроэнергии – значительно больше, чем в благополучном 1990 г. Темп роста выработки электроэнергии на АЭС в 3 раза выше, чем на тепловых станциях.

Выдержав «атомную паузу», в России решено достроить последний энергоблок на Калининской АЭС, расконсервировать незаконченное строительство всех 10 АЭС, начатое в годы советской власти, В ближайшее время эти объекты должны быть введены в эксплуатацию. И роль атомной энергетики в этой стране будет возрастать, что подтверждено на заседании Совета Министров Российской Федерации, прошедшем в середине мая 2001 г. К 2020 г. ее доля составит треть общего производства.

Принятые меры по совершенствованию конструкции и эксплуатации АЭС позволили снизить вероятность тяжелых аварий и продолжать эксплуатацию и строительство АЭС традиционных типов. Реально общая мощность всех АЭС в мире поставляет 352 ГВт. В настоящее время строительство АЭС продолжают топливодефицитные Япония и Южная Корея, а также многие развивающиеся страны. К концу 2010 г. в Японии планируется построить от 16 до 25 АЭС. В настоящее время суммарная электрическая мощность всех энергоблоков АЭС Японии составляет около 45 000 МВт. Продолжают ранее начатое строительство и установку новых реакторов в Аргентине, Бразилии, Чехии, Украине, Иране, Словакии. Во Франции первый ядерный реактор был сооружен в 1958 году, а в настоящее время эксплуатируется 58 ядерных энергоблоков, суммарная мощность которых достигла 63 ГВт. На них производится 76 % всей вырабатываемой во Франции электроэнергии. Все ядерные реакторы имеют запланированный срок службы на менее 40 лет. Атомная энергетика Франции обеспечила стране около 100 000 рабочих мест, а при проведении планово-предупредительных работ на АЭС привлекаются еще примерно 100 000 специалистов из других отраслей.

Всего в мире по состоянию на I января 2001 года эксплуатировалось 436 ядерных энергоблоков на 247 АЭС, которые вырабатывали 17 % электроэнергии в мире. В некоторых странах АЭС составляют основу национальной энергетики. Это обусловливает тот факт, что ядерная энергетика обладает техническим и топливно-ресурсным потенциалом для внесения значительного вклада в ограничение выбросов, загрязняющих атмосферу, при выработке электроэнергии и энергообеспечении производства и быта людей.

В процессе работы АЭС образуются жидкие, газообразные, аэрозольные нетвердые радиоактивные отходы. Присутствие в этих отходах долгоживущих изотопов продолжительное время сохраняет их активность на достаточно высоком уровне. При эксплуатации АЭС осуществляется тщательный контроль за образованием радиоактивных отходов, а перед поступлением их во внешнюю среду устанавливается многобарьерная система фильтров и защитных устройств.

Твердыми отходами являются детали загрязненного радиоактивными веществами демонтированного оборудования, отработанные фильтры для очистки воздуха, сорбенты, спецодежда, мусор. Их захоронение осуществляется в специальных траншеях. Объем их может быть уменьшен прессованием или сжиганием при соответствующей очистке продуктов сгорания.

Радиоактивные воды АЭС перерабатываются с помощью спецводоочисток. Их принцип работы – испарение воды, осаждение твердой фазы и ионный обмен. Образующиеся концентраты и растворы реагентов направляются в хранилище жидких отходов.

Газовые и аэрозольные отходы подвергаются очистке на многоступенчатых фильтрах, выдержке в очистных устройствах и выбрасываются в атмосферу через высокие трубы (100–150м). Возможна также сорбция радиоактивных газовых составляющих активированным углем.

Для АЭС основным фактором радиационной опасности является внешнее ионизирующее излучение. С точки зрения радиационного загрязнения окружающей среды АЭС – более чистые по сравнению с угольными электростанциями: в угле содержатся естественные радиоактивные элементы – радий, торий, уран, полоний и др., которые вместе с золой выбрасываются в атмосферу (пылеугольная ТЭС мощностью 1200 МВт, потребляя 3,4 млн т угля в год, выбрасывает в атмосферу ежегодно 130 тыс. т золы). Их активность составляет 100 мбэр/год, для АЭС аналогичной мощности величина радиоактивных выбросов – 0,5–1 мбэр/год.

Основной принцип при переработке и захоронении радиоактивных отходов заключается в их концентрировании в малых объемах с последующим вечным захоронением в таких местах, где обеспечивается полный радиоактивный распад вне контакта с биосферой (600 лет).

Отходы отверхдаются (битумируются и остекловываются) для связывания радиоактивных веществ. Последующее хранение – в герметических железобетонных емкостях или металлических контейнерах. Лучшими местами для захоронения являются заброшенные соляные копи (отсутствие воды, спокойные в сейсмическом отношении районы, большие объемы подземных пустот).

Исходя из экономической целесообразности, в настоящее время потребность республики в электроэнергии удовлетворяется на 77 % за счет выработки на собственных электростанциях (в основном на импортном газе) и 23 % за счет импорта электроэнергии. Если учесть, что импорт электроэнергии, по оценкам специалистов из России к 2015 г. будет снижен, то большая часть электроэнергии должны покрываться за счет собственного производства. Кроме того, велика изношенность энергетического оборудования. В перспективе за счет всех местных видов топлива и возобновляемых источников энергии с учетом выбывающих запасов нефти, попутного газа и торфа и увеличением использования возобновляемых источников их объем в топливном балансе может составить 5-6 млн. т. у. т. в год.

Реалии сегодняшнего дня диктуют необходимость строительства в Республике Беларусь АЭС. Сроки строительства АЭС будут определяться Правительством Республики Беларусь с учетом технических, экологических, социальных и экономических предпосылок.

Строительство ее может осуществляться в течение 5-7 лет, а стоимость составит 3-4 млрд. долларов.

Задача I(3). Рассчитать площадь зоны активного загрязнения (ЗАЗ) и оценить экономическую эффективность природоохранных мероприятий по защите атмосферы в пригородной зоне отдыха от загрязнения выбросами промышленного предприятия. Исходные данные приведены в табл.1:

Наименование вещества	Масса выброса, т/год
	m1, до установки систем очистки	m2, после установки систем очистки
Сероводород	21	9
Диоксид серы	32	8
Никель	1	0,77

Таблица 1.

Решение:

1. Расчет площади ЗАЗ.

– среднегодовое значение разности температур:

∆t = 90 – 15 = 75 °С;

– поправка φ на тепловой подъем факела выбросов в атмосфере:

φ = 1+ 75 / 75 = 2;

– внутренний радиус ЗАЗ равен

;

– внешний радиус ЗАЗ равен

;

– площадь внутреннего круга S_внутр равна

– площадь внешнего круга S_внеш равна

– площадь зоны активного загрязнения равна

Ответ: Площадь зоны активного загрязнения составляет 0,24 км².

2. Расчет экономической эффективности мероприятий по защите атмосферы.

Суммарная масса выбросов загрязняющих веществ, приведенная к единой токсичности, (μ1) до проведения защитных мероприятий и (μ2) после проведения защитных мероприятий, определяется по формуле

, где N – общее число примесей, содержащихся в выбросах источника (дано по условию); Ai – показатель относительной агрессивности i-го вещества, усл. т/т; m1, m2 – масса годового выброса примеси i-го вида в атмосферу, т/год (дано по условию для каждого вещества), m1 – до установки систем очистки, m2 – после установки систем очистки.

.

1,49071 ;

где H – высота источника, м; φ – поправка на тепловой подъем факела выбросов в атмосфере, φ = 2,07, рассчитывался ранее по формуле (3); U – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, м/с (дано по условию).

Расчет годового экономического ущерба в результате загрязнения атмосферы (У1) до проведения защитных мероприятий и (У2) после проведения защитных мероприятий

У₁ = γ · f · σ · μ₁ = 2400 · 1,49 · 6 · 6866100 = 147 319 041 600.

У₂ = γ · f · σ · μ₂ = 2400 · 1,49 · 6 · 4717650 = 101 207 952 000.

Предотвращенный годовой экономический ущерб после проведения атмосферозащитных мероприятий, который определяется как разность между экономическим ущербом (У1) до проведения мероприятий и экономическим ущербом (У2) после их проведения:

Э = У1 – У2 = 147 319 041 600– 101 207 952 000 =46 111 089 600.

Приведенные затраты на строительство и внедрение оборудования :

З = С + Ен · К = 40 000 000 + 0,12 · 800 000 000 = 136 000 000 р./г).

Экономическую эффективность природоохранных мероприятий

=57,418.

Вывод: при Е > Е_н (57,418 > 0,12) делаем заключение об эффективности внедрения воздухозащитных мероприятий.

Задача VI(7). Рассчитать: а) потери продуктивности леса; б) затраты на воспроизводство кислорода для сжигания 1 т органического топлива, используя данные табл.2 и рис. 1.1.

Показатель
Кол-во выделенного кислорода, т/год	3,6
Затраты на лесопосадки, р/га, х·10^3	175
Эффективность леса, р/га
Расход Q2 при сжигании, т	1,52
Затраты на освоение, р, х · 10^6	2,6
Плата за кредит, р	25
Потери урожайности, р, х ·10^5	5,0
Затраты на воспроизводство с/х продукции, р	3,0
Коэффициент ценности древесины	2,5
Дополнительные затраты на воспроизводство кислорода, р, х·103	36

Показатель величины эффекта
Пылезащитная оценка леса, р/га, год, х·10^3	10,1
Ежегодная стоимость продукции, р/га, год, х·10^3	1 243
Производительность труда, р/га, год, х·10^3	10
Объем прироста древесины, м3/га, х·10^3	9
Себестоимость древесины, р/м	7
Год поражения территории	2003

Таблица 2

Рисунок 1.

Коэффициент прироста древесины:

р./га., где V – объем прироста древесины; С– себестоимость единицы объема древесины.

Эффективность лесных ресурсов рассчитывается по формуле

р./га, где Э_пз – величина эффекта от пылезадерживающей способности леса; С_пр – величина стоимости ежегодно получаемой продукции леса; К_у – коэффициент увеличения производительности труда от рекреационных ресурсов; К_пд – коэффициент прироста древесины.

Площадь лесных ресурсов, подвергшихся загрязнению (S):

га.

Расчет потерь продуктивности леса (П_пр) :

П_пр = Э_л · S=1 326,110³14 37510³=19,0626875 млрд. р.

В общем случае определение затрат на воспроизводство кислорода для сжигания 1 т органического топлива произведем по формуле:

З = k / m [(Ц1 + Ц2) · (1 + α) + у · γ – Эл · Ј]=1,52/3,6[(175 000+2 600)(1+

+25)[phone] 1002,5]=7,610⁹(р./га, год),

где k – расход кислорода для полного сгорания 1 т топлива; m – количество кислорода, выделяемого 1 га леса в атмосферу; Ц1 – затраты на посадку 1 га леса; Ц2 – затраты на освоение 1 га новых земель; α – плата за кредиты на выполнение мероприятий по лесопосадкам; y – потери от снижения урожайности вновь освоенных земель взамен отпущенных под лесопосадки; γ – коэффициент, учитывающий затраты для получения дополнительной продукции; Эл – эффект, полученный от 1 га леса; Ј – относительный коэффициент ценности лесных угодий по сравнению с сельскохозяйственными; m = Ѕ от общего количества кислорода, выделяемого зелеными насаждениями.

Ответ: Потери продуктивности леса составляют 19,0627 млрд р., затраты на воспроизводство кислорода для сжигания одной тонны органического топлива составляют 7,6 · 10⁹(р./га, год).

Литература

1. Шимова, О. С. Основы экологии и экономика природопользования / О. С. Шимова, Н. К. Соколовский. – 2-е изд., перераб. и доп. – Минск : БГЭУ,2002.

2. Ольшанский, А. И. Основы энергосбережения : курс лекций / А. И. Ольшанский, В. И. Ольшанский, Н. В. Беляков ; УО «ВГТУ». – Витебск, 2007.

3. Кирвель, И. И. Лесные ресурсы. Оценка, состояние, экологические проблемы лесов и пути их решения : метод. пособие для практич. занятий / И. И. Кирвель, Н. В. Цявловская. – Минск : БГУИР, 2007.