Болятко Екология ядерной и возобновляемой енергетики 2010

2.2.Экспоненциальная динамика потребления

2.3.Традиционный топливно-энергетический

2.6.Географические и климатические особенности

3

4.2.Принципы нормирования и Нормы радиационной

4.3.Воздействие на окружающую среду предприятий

4.5.Обращение с отработанным ядерным топливом

4

6.5.Экологические последствия развития солнечной

8.5.Неблагоприятные воздействия биоэнергетики

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Экология» в переводе с древнегреческого языка – наука о доме. В каком же доме мы живем, как к нему относимся, насколько он безопасен? Дом – это наша Земля, вся наша планета. Она для нас – среда обитания, которую мы хотим видеть безопасной. Угрозы экологической безопасности, касающиеся населения Земли в целом, стали активно обсуждаться в научных кругах после работ Римского клуба в 1970-х годах. Экономико-математические модели Форрестора и Медоуза показали, что стихийное развитие экономики приводит к истощению запасов полезных ископаемых, резкому спаду промышленности и сельского хозяйства, превращению огромных территорий в свалки, катастрофическому уменьшению численности населения.

В 1992 г. Организация Объединенных Наций (ООН) организовала конференцию в Рио-де-Жанейро, в которой участвовали высшие руководители 150 стран мира. Конференция провозгласила необходимость перехода к «устойчивому развитию» (sustainable development), лозунг которого: «Удовлетворение потребностей настоящего времени не подрывает способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности».

Под влиянием идеи «устойчивого развития» происходит переосмысление основных угроз, способных нанести непоправимый ущерб экологической безопасности. Формируется система всеобъемлющей безопасности, призванная нейтрализовать появляющиеся

вусловиях глобализации новые вызовы и угрозы, среди которых все возрастающую роль играют экологические факторы, способные

всовременных условиях влиять на существование всего человечества.

За последние 200 лет душевое энергопотребление в мире увеличилось почти в 5 раз. Это позволило решить такие грандиозные задачи, как увеличение более чем вдвое средней продолжительности жизни людей, сокращение почти вдвое продолжительности рабочей недели, обеспечение продуктами питания возросшего в 7 раз населения Земли. Одновременно с развитием энергетики возросло ее влияние на окружающую среду. Возросли площади карьеров и изъятых из земледелия и лесоразведения земель, выбросы в атмосферу пыли и токсичных газов, твердые отходы, сбросы низкопо-

6

тенциального тепла, электромагнитные поля линий электропередач

идр. На долю топливно-энергетического комплекса приходится около 55 % загрязнения отходами и 70 % теплового загрязнения атмосферы. В золе тепловых электростанций содержатся такие количества токсичных веществ (мышьяка, германия, висмута, бериллия, скандия, кобальта, галлия, урана), которые в десятки раз превышают их промышленное производство. С выбросами в атмосфе-

ру двуокиси (диоксида) углерода СО2, окислов серы и азота (и ряда других веществ) связывают развитие таких негативных глобальных экологических явлений, как «закисление осадков», «парниковый эффект» и «истощение озонового слоя Земли».

На протяжении этих 200 лет, т.е. сравнительно короткого периода в истории человечества, наши энергетические потребности удовлетворялись в основном за счет ископаемого топлива. Хотя запасы углеводородов еще значительны, они все же ограничены и постепенно уменьшаются так, что в ближайшее столетие уже не смогут непрерывно поддерживать привычный для нас образ жизни

иобеспечивать дальнейший прогресс. Поэтому необходимо постепенно переходить на использование энергетических источников, альтернативных ископаемому топливу, т.е. на возобновляемые источники и ядерную энергию. К возобновляемым (неиссякаемым, постоянно пополняемым) источникам энергии относят энергию Солнца, ветра, рек и приливов, биоорганическое вещество, тепло Земли и некоторые другие.

Ксожалению, «возобновляемая энергетика» вовсе не означает «зеленую энергетику», т.е. не загрязняющую окружающую среду. Неблагоприятные воздействия на окружающую среду возникают при производстве материалов для энергоустановок, их сооружении, эксплуатации и утилизации. На пути масштабного внедрения возобновляемой энергетики стоит главное препятствие – ее стоимость, превышающая затраты на традиционные энергоустановки. Из-за низкой концентрации возобновляемой энергии в пространстве и времени энергоустановки на их основе отличаются высокой капиталоемкостью. Для краткосрочных вложений эти объекты непривлекательны. Однако в долгосрочной перспективе могут принести выгоду. Поэтому многие развитые страны проводят государственную политику поддержки и быстрого развития энергетики на возобновляемых источниках. Так, страны Европейского Сообщест-

7

ва в целях укрепления энергетической безопасности планируют к 2020 г. довести долю электроэнергии, производимой за счет возобновляемых источников (кроме гидроэнергии) до 20 % (вместо

0,5 % в 2000 г.).

ВРоссии в 2008 г. подписан Указ Президента Российской Федерации «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики», который предусматривает выделение бюджетных ассигнований на реализацию пилотных проектов в области использования возобновляемых источников энергии и экологически чистых технологий на период до 2020 г. К 2020 г. планируется увеличить долю возобновляемых источников в производстве электроэнергии: до 4,5 % без учёта крупных ГЭС и до 19–20 % с учётом последних.

В2006 г. Президентом России подписана «Программа развития ядерной отрасли России», в которой поставлена задача довести долю ядерной энергии в производстве электроэнергии до 25–30 % к 2030 г. и разработать инновационную технологическую платформу ядерной энергетики. В Программе показано, что для нашей страны нет другой альтернативы, как ускоренное развитие в ближайшем будущем ядерной энергетики.

Всвете сказанного становится актуальной задача изучения физических принципов работы ядерных реакторов и установок на возобновляемых источниках энергии, а также возникающих при их создании и эксплуатации экологических проблем, чему и посвящена данная книга. В учебное пособие вошли разделы курсов «Основы экологии и охраны окружающей среды», «Экология: техникоэкономические основы», «Экономика отрасли», читаемых студентам естественнонаучных и экономических специальностей НИЯУ МИФИ.

Внаписании учебного пособия приняли участие: доц., канд. физ.-мат. наук В.В. Болятко (гл. 1, 4, 7), доц., канд. физ.-мат. наук А.И. Ксенофонтов (гл. 5, 8, 9), проф., д-р физ.-мат. наук В.В. Хари-

тонов (гл. 2, 3, 6, 9).

Авторы будут признательны за все замечания и пожелания по содержанию книги.

8

Глава 1. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1.1.Качество окружающей среды

Внастоящее время человечество расширяет сферу своего обитания, отвоёвывая у природы новые пространства и источники ресурсов. Проблемы нехватки энергии и минеральных ресурсов, загрязнения воздуха, воды и почвы при существующих темпах потребления будут только возрастать. В последние годы широкое распространение получила концепция устойчивого развития, в основе которой лежит попытка минимизировать воздействие человека на окружающую среду с тем, чтобы биосфера сохранила свои функции вплоть до стабилизации населения Земли. Однако уже сейчас человечество живет в условиях нарастающего экологического кризиса, который, если не принять необходимые меры, может перерасти в кризис цивилизации.

Современное человечество живет в эпоху научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природную среду, качество которой неуклонно ухудшается. Ежегодно из недр Земли извлекается свыше 100 млрд т полезных ископаемых, в почвы вносится свыше 500 млн т минеральных удобрений, в том числе примерно 3 млн т различных ядохимикатов, треть которых смывается поверхностными стоками в водоёмы или задерживается в атмосфере [1].

Человечество использует для ирригации, промышленного про-

изводства и бытового снабжения более 10 % речного стока и сбрасывает в водоёмы ежегодно более 500 млрд м3 промышленных и коммунальных стоков. Сток твёрдого вещества в океан составляет сейчас 17,4 млрд т/год. В целом под воздействием антропогенного фактора снос с суши в последние годы резко возрос и составляет ежегодно 50 млрд т вещества в твёрдой, жидкой и газообразной форме. Опасный характер содержащихся в стоке загрязнителей проявляется в их токсическом, мутагенном или канцерогенном эффектах.

Качество окружающей среды − состояние окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими, биологиче-

9

скими и иными показателями и их совокупностью. Для решения вопросов управления и регулирования качества окружающей среды необходимо:

1)иметь представление о том, какое качество (состояние загрязнения) природных сред можно считать приемлемым;

2)обладать информацией о наблюдаемом состоянии окружающей среды и тенденциях его изменения;

3)оценивать соответствие (или несоответствие) наблюдаемого и прогнозируемого состояния окружающей среды приемлемому.

Мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг) − комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов. Существует три уровня мониторинга окружающей среды для оценки антропогенного воздействия:

1)локальный мониторинг на относительно небольшой территории в зонах высокой интенсивности воздействия (города, промышленные районы);

2)региональный мониторинг включает более обширные области в зонах со средним уровнем воздействия;

3)глобальный мониторинг практически по всей территории земного шара.

Загрязнение окружающей среды − поступление в окружающую среду вещества или энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду.

Для снижения негативного воздействия загрязняющих веществ на биосферу в целом и её компоненты – атмосферу, литосферу, гидросферу – необходимо знать их предельные уровни.

В соответствии с законодательством Российской Федерации в области охраны окружающей среды устанавливаются нормативы качества окружающей среды и допустимого воздействия на неё, при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – максимальное количество вредного вещества в единице объёма или массы, которое при длительном воздействии не вызывает каких-либо болез-

10