Лекция 4 ВвС гуманитарные аспекты развития энергетики
4.1. Экологический аспект
Человеческая деятельность по извлечению энергоресурсов и их использованию для получения полезных видов энергии естественно не проходит бесследно для природы, для нашей среды обитания. Для энергетического производства характерны 6 видов воздействия на окружающую среду [13]:
тепловое, связанное с выделением тепла в энергетических процессах;
механическое, связанное в основном с выбросом твердых частиц в воздух и удалением продуктов сгорания (золы);
химическое, связанное прежде всего с накоплением углекислого газа в атмосфере и расходом кислорода в процессах сжигания топлива;
радиоактивное (при авариях на атомных электростанциях, при транспортировке ядерного горючего и захоронении отходов);
электромагнитное, связанное с использованием в энергетике установок высокого напряжения и больших токов [9];
"геофизическое", связанное с изъятием из землепользования больших территорий при сооружении энергетических объектов.
В этом перечне тепловое загрязнение окружающей среды не случайно оказалось на первом месте. Его опасность ничуть не меньше, чем опасность радиоактивного заражения.Ведь.как мы уже убедились, при преобразовании энергии в окружающую среду попадает большое количество тепла. Подсчитано, что если количество этой "бросовой" тепловой энергии достигнет 5% от поступающей на Землю солнечной радиации, то могут произойти необратимые изменения теплового баланса и климата на Земле, поскольку это приведет к повышению температуры земной поверхности на 3,5°С. В результате могут возникнуть условия, при которых начнется интенсивное таяние льдов в Антарктиде, что чревато экологической катастрофой мирового масштаба.
Тепловые и атомные электростанции требуют для своего нормального функционирования большого количества воды, которая в результате прохождения через теплообменники нагревается и затем сбрасывается в водоемы (реки, озера, пруды-охладители). При этом происходит так называемое "тепловое загрязнение" водоемов, отрицательно влияющее на их флору и фауну.
Любые установки, использующие процессы сжигания органического топлива, выбрасывают в атмосферу с дымовыми газами частицы двуокиси серы, окиси азота, золы и окиси углерода. Ориентировочные оценки показывают, что в мире ежегодно выбрасывается в воздушный бассейн около 200 млн. т двуокиси серы, 400 млн. т окиси углерода, 60 млн. т окиси азота и 90 млн. т золы. Кроме того, отходом процесса горения угля является зола, удаляемая из топок на золоотвалы, занимающие большие территории у электростанций, котельных и других предприятий, где имеются печи.
Для борьбы с загрязнением атмосферного воздуха на таких предприятиях устанавливаются электрофильтры, производительность которых рассчитывается, исходя из нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ и их предельно допустимых выбросов (ПДВ). Но не следует думать, что промышленные энергетические установки служат основным источником загрязнения атмосферы. На их долю приходится лишь около 40% общих выбросов, а 60% падает на долю автомобильного транспорта [7]. Именно последний является основным источником выброса окиси углерода (90%), в то время как электростанции, котельные и промышленные печи дают 90% выброса двуокиси серы и лишь 8% окиси углерода.
К числу отрицательных механических воздействий энергетических установок на человеческий организм надо отнести и вибрацию, создаваемую вращающимися массами турбин, генераторов, двигателей, а также акустический шум, который создается не только указанными вращающимися машинами, но и статическими элементами (силовыми трансформаторами, линиями электропередачи и т.п.).
Как известно, атмосфера выполняет функции защитного покрова, предохраняющего Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Наличие в ней водяных паров и углекислого газа оказывает сильное влияние на тепловой баланс Земли. Содержание углекислого газа в атмосфере оценивается величиной 0,03%. Однако за последнее столетие его содержание увеличилось на 15%. По оценкам комиссии ООН к 2020 году это увеличение может достичь 50% прежде всего за счет сжигания органического топлива на автомобильном транспорте, на электростанциях и в промышленности, хотя накоплению углекислоты в атмосфере способствует и сокращение растительного покрова Земли (вырубка лесов), а также загрязнение мирового океана нефтепродуктами. Последствиями увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере является создание так называемого "парникового эффекта", то есть удержания тепла у поверхности Земли, что имеет отрицательные экологические последствия прежде всего для тропической растительности, служащей одним из основных поставщиков кислорода на планете.
Количество же кислорода, которое ежегодно исчезает при участии в процессах горения, по некоторым оценкам составляет более 10 млрд. т, а на 2000 г. прогнозировалась цифра в 60 млрд. т [8]. Хотя сегодня такое количество практически не оказывает влияния на изменение состава атмосферного воздуха, где кислорода примерно 20% по объему, однако, учитывая грядущие масштабы развития энергетики, где и в перспективе основой будут являться процессы сжигания органического топлива, следует уже сейчас думать о возможных последствиях.
К числу химических воздействий необходимо отнести и попадание в воду и почву нефтепродуктов при авариях танкеров, нефтепроводов, маслонаполненных кабельных линий и масляных трансформаторов. Вспомним хотя бы слив в Днестр 15т трансформаторного масла на Дубоссарской ГЭС, разрыв нефтепровода на территории Республики Коми, крушение российского танкера у берегов Японии. Из-за аварий танкеров, утечек в морских нефтяных скважинах ежегодно в моря и океаны попадает не менее 6 млн т нефти. Достаточно сказать, что тонна нефти покрывает пленкой до 12 кв. км акватории. По некоторым оценкам уже сейчас нефтяной пленкой покрыта пятая часть поверхности мирового океана, что крайне отрицательно сказывается на его взаимодействии с атмосферой [7].
Последствия радиоактивного заражения больших территорий Украины, Белоруссии, России в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году хорошо известны и не нуждаются в комментариях. Транспорт ядерного топлива для АЭС также требует принятия мер по радиационной безопасности. По данным США на 1985 год там было зарегистрировано 350 аварий при перевозках радиоактивных материалов и в 198 случаях дело кончилось радиоактивным заражением окружающей среды [13]. Не меньшей является проблема транспортировки и захоронения радиоактивных отходов, а также элементов конструкции АЭС, демонтируемых по истечению срока службы, который составляет 30-40 лет. Первоначальные предложения о захоронении на дне морей были признаны негодными по критериям безопасности и современная практика базируется на использовании для этих целей специальных подземных резервуаров. Однако такую практику нельзя рассматривать как абсолютно надежную.
Электромагнитное влияние установок высокого напряжения на человека, животных и растительность ограничивается до допустимых нормативами уровней путем создания конструкций воздушных линий и подстанций соответствующих габаритов [9]. Установки сверхвысокого напряжения создают также помехи радио- и телевизионному приему. Эти помехи также могут быть снижены до допустимых уровней при их проектировании и сооружении. Таким образом, с этим воздействием в настоящее время можно успешно бороться и обеспечить требуемую степень безопасности.
Хуже обстоит дело с так называемым "геофизическим" воздействием, т.е.с оккупацией территории энергетическими сооружениями. Можно, конечно, рассматривать это как неизбежную плату за те преимущества, которые мы получаем от владения энергетической техникой. Вместе с тем, в ряде случаев наносимый ущерб не может быть оправдан никакими высокими соображениями.
Это, в первую очередь, относится к сооружению ГЭС в равнинных местностях, при котором подвергаются затоплению территории, как правило, уже прошедшие стадию хозяйственного освоения. Площади, занимаемые атомными и тепловыми электростанциями вместе со складами топлива, золоотвалами, прудами-охладителями, настолько значительны, что при сооружении их вблизи тустонаселеных районов возникают трудности с размещением. При сооружении открытых трансформаторных подстанций в центрах потребления, то есть на территориях городов и промышленных зон, эта проблема встает еще более остро. Поэтому современная практика ориентируется на сооружение таких подстанций в закрытом или подземном исполнении, чтобы высвободить территорию. С этой же целью в крупных городах осуществляется замена воздушных линий на кабельные, а новые линии сооружаются только в подземном варианте.
В ненаселенной местности строятся преимущественно воздушные линии, причем их трассы зачастую проходят по плодородным землям и лесным массивам. Чем выше номинальное напряжение линии, тем больше габариты опор и, следовательно, полоса отчуждения территории под трассу, включающая в себя охранные зоны с обеих сторон линии. В США было подсчитано, что под ЛЭП в стране занята площадь, превышающая территорию Бельгии, Голландии и Дании вместе взятых [8]. Вырубка просек в лесных массивах наносит значительный ущерб лесному хозяйству. С целью сокращения ширины трассы воздушных линий разрабатываются новые оригинальные конструкции опор. Однако при этом чаще всего увеличиваются их вертикальные габариты (высота), что наталкивается на критику таких сооружений с эстетических позиций, особенно в тех случаях, когда линия проходит в районах с уникальным пейзажем, по территориям национальных парков, заповедников и т. п.
Итак, краткое ознакомление со всеми экологическими проблемами, которые несет с собой развитие энергетической техники, подводит нас к заключению о том, что достижение гармоничного сочетания между человеческой материальной деятельностью, в основе которой лежат энергетические процессы, и природой, т.е. достижение экологического равновесия является проблемой международного масштаба, Более того, из чисто технической она перерастает в социально-экономическую, поскольку ее решение требует формулировки концепции развития человеческого общества в отношении потребления энергоресурсов и энергии в ее различных формах. К рассмотрению этого аспекта мы сейчас и переходим.