Энергетика и экологический баланс

               Современный период развития человечества иногда характеризуют через три «Э»: энергетика, экономика, экология. Энергетика в этом ряду занимает особое место.

Она является определяющей и для экономики, и для экологии. От нее в решающей мере зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, экосистемы и биосферу в целом. Самые острые экологические проблемы (изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды и другие) прямо или косвенно связаны с производством, либо с использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство в  химическом, тепловом, электромагнитном, радиоактивном загрязнениях.  Поэтому без преувеличения можно сказать, что от решения энергетических проблем зависит возможность решения основных экологических проблем. Энергетика - это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность   увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

Цель моего исследования: Познакомимся с основными экологическими последствиями современных способов получения и использования энергии.  

Актуальность исследования: Показать положительные и отрицательные стороны каждого способа получения и использования энергии.

      Методы исследования:

• метод теоретического анализа  учебной литературы по проблеме;
• метод обобщения  справочных и познавательных материалов  первоисточников;
• сравнительный метод, дающий возможность сравнивать и сопоставить теоретический материал по выбранной теме;

        Энергетические потребности человека обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию.

В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.

Экологические проблемы тепловой энергетики.

  В настоящее время мировое производство электроэнергии обеспечивается, в основном, за счет сжигания органического топлива, доля которого составляет 60–65%.

     Сжигание топлива - не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО), около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли.  Например, в ясную погоду видны трубы  Новочеркасской ТЭЦ, находящейся от нас на расстоянии более 80км, и клубы выбросов над трубами, уходящиеся высоко в небо.    

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей, которые  способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков, а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания. Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

ТЭС - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

Экологические проблемы гидроэнергетики.

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. Например, в России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель.

Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвенного грунта, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Так, например, на реке Маныч, в 1934г. была построена первая плотина у станицы Манычской  и образовано Усть-Манычское водохранилище. В 1938 г. построили Веселовское водохранилище.  Со строительством водохранилищ   резко  нарушился  гидрологической режим  реки, экосистема и видовой состав  гидробионтов. Некогда судоходная река обмелела.

 В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых сине-зеленых (цианей). Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды. Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ. Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Имеются данные, что в результате заиления равнинные  водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина, построенная на Ниле в 60-е годы, будет наполовину заилена уже к 2025 году.

Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.

Экологические проблемы ядерной энергетики.

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать, столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

В обществе бытует мнение, что АЭС  являются источником радиации окружающей среды и чуть ли не главным её загрязнителем.

Радиация весьма многочисленна и разнообразна, однако можно выделить около семи основных  её источников.

-Первым источником является наша Земля. Эта радиация объясняется наличием в Земле радиоактивных элементов, концентрация которых в разных местах изменяется в широких пределах.

- Второй источник радиации – космос, откуда на Землю постоянно падает поток частиц высокой энергии. Источниками образования космического излучения являются звёздные взрывы в Галактике и солнечные вспышки.

-Третий источник радиации – это радиоактивные природные материалы, используемые человеком для строительства жилых и производственных помещений. В  среднем  мощность дозы внутри зданий на 18% - 50% больше, чем снаружи. Внутри помещений человек проводит три четверти своей жизни. Человек, постоянно находящийся в помещении, построенном из гранита, может получить - 400 мбэр/год, из красного кирпича –189 мбэр/год, из бетона – 100мбэр/год, из дерева – 30 мбэр/год.

-Четвертый источник радиоактивности населению малоизвестен, но не менее опасен. Это радиоактивные материалы, которые человек использует в повседневной деятельности.

1. В состав красок для печати банковских чеков включают радиоактивный углерод, обеспечивающий легкую идентификацию подделанных документов.

 2.  Для получения краски или эмали на керамике  или драгоценностях применяется уран.

3. Уран и торий используют при производстве стекла.

4.  Искусственные зубы из фарфора усиливаются ураном и церием. При этом  - излучение на прилегающие к зубам слизистые оболочки может достичь 66 бэр/год, тогда как годовая норма для всего организма не должна превышать 0,5 бэр ( т.е. в 33 раза больше)

5    Экран телевизора излучает на человека 2-3 мбэр/год.

6. Пятый источник – предприятия по транспортировке и переработке радиоактивных материалов.

-Шестым источником радиации являются атомные электростанции. На АЭС,

 кроме твердых отходов, имеются также жидкие (зараженные воды из контуров охлаждения реакторов) и газообразные содержащиеся в углекислом газе, используемом для охлаждения.

-Седьмой источник радиоактивного излучения - это медицинские установки. Несмотря на обычность их использования в повседневной практике, опасность облучения от них намного больше, чем от всех рассмотренных выше источников и достигает иногда десятков бэр. Один из распространенных способов диагностики - рентгеновской аппарат. Так, при рентгенографии зубов - 3 бэр, при рентгеноскопии желудка - столько же, при флюорографии - 370 мбэр.

            Таким образом облучение мы можем получить и не находясь вблизи АЭС.В конечном итоге можно сделать следующие выводы:

  Сравнив «  Факторы «Против» атомных станций» строительство  ГЭС и  ТЭС, также содержит все пункты  «Против» .

 Заключение.

Закончив свой проект, я могу сказать, что при правильной эксплуатации атомной энергии, она является «Энергией будущего». Однако при аварийных ситуациях, благодаря той же самой «Энергии будущего» может пострадать большое количество людей. Ознакомившись с данной темой, я приняла решение, что моя будущая профессия  будет связана с атомной энергетикой, а точнее с экологией.

 Я  предлагаю  некоторые пути решения проблем современной энергетики:

1.   Совершенствование всех видов очистных сооружений   станций: АЭС, ТЭС и ГЭС.

2.   Экономия энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий, использование энергосберегающих ламп.

3.  Не использовать для отопления электроэнергию, так как энергия теряется при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло.

4. Экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ   непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

Литература.

1. А.В. Перышкин, Е.В. Гутник «Физика 9 кл.» - М.: Дрофа, 2009.

2. В.М. Гарин, И.А. Клёнова, В.И. Колесникова «Экология для технических ВУЗов», изд-во – Феникс, Ростов-на-Дону 2001.

3. электронный журнал «ЭСКО»  esco.co.ua