Реферат: Энергетика и экология

Контрольная работа по курсу «Природопользование»

Академия труда и социальных отношений

Финансовый факультет

Специальность «Бухгалтерский учет и аудит»

Основные концепции надежности и экологической безопасностиобъектов энергетики.

Анализперспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещенииприоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствийвлияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровьенаселения.

Энергетическиеобъекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики вчастности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболееинтенсивно воздействующих на биосферу.

Увеличениенапоров и объемов водохранилищ гидроузлов, продолжение использованиятрадиционных видов топлива (уголь, нефть, газ), строительство АЭС и другихпредприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) выдвигают ряд принципиально важныхзадач глобального характера по оценке влияния энергетики на биосферу Земли.Если в предыдущие периоды выбор способов получения электрической и тепловойэнергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства,транспорта и др. и назначение основных параметров объектов (тип и мощностьстанции, объем водохранилища и др.) проводились в первую очередь на основеминимизации экономических затрат, то в настоящее время на первый план все болеевыдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатацииобъектов энергетики.

Это,прежде всего, относится к ядерной энергетике (АЭС и другие предприятия ЯТЦ),крупным гидроузлам, энергокомплексам, предприятиям, связанным с добычей итранспортом нефти и газа и т.п. Тенденции и темпы развития энергетики сейчас взначительной степени определяются уровнем надежности и безопасности (в томчисле экологической) электростанций разного типа. К этим аспектам развитияэнергетики привлечено внимание специалистов и широкой общественности,вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы, однако самаконцепция надежности и безопасности потенциально опасных инженерных объектовостается во многом мало разработанной.

Развитиеэнергетического производства, по-видимому, следует рассматривать как один изаспектов современного этапа развития техносферы вообще (и энергетики вчастности) и учитывать при разработке методов оценки и средств обеспечениянадежности и экологической безопасности наиболее потенциально опасныхтехнологий.

Одноиз важнейших направлений решения проблемы – принятие комплекса технических иорганизационных решений на основе концепций теории риска.

Объектыэнергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности,представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего временипрактически количественно не учитываемого риска для населения и окружающейсреды. Под надежностью объекта понимается его способность выполнять своифункции (в данном случае – выработка электро- и тепловой энергии) в заданныхусловиях эксплуатации в течение срока службы. Или наиболее подробно: свойствообъекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров,характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах иусловиях применения.

Подэкологической безопасностью понимается сохранение в регламентируемых пределахвозможных отрицательных последствий воздействия объектов энергетики наприродную среду. Регламентация этих негативных последствий связана с тем, чтонельзя добиться полного исключения экологического ущерба.

Отрицательныепоследствия воздействия энергетики на окружающую среду следует ограничиватьнекоторым минимальным уровнем, например, социально-приемлемым допустимымуровнем. Должны работать экономические механизмы, реализующие компромисс междукачеством среды обитания и социально-экономическими условиями жизни населения.Социально-приемлемый риск зависит от многих факторов, в частности, отособенностей объекта энергетики.

Всилу специфики технологии использования водной энергии гидроэнергетическиеобъекты преобразуют природные процессы на весьма длительные сроки. Например,водохранилище ГЭС (или система водохранилищ в случае каскада ГЭС) можетсуществовать десятки и сотни лет, при этом на месте естественного водотокавозникает техногенный объект с искусственным регулированием природных процессов- природно-техническая система (ПТС). В данном случае задача сводится кформированию такой ПТС, которая обеспечивала бы надежное и экологическибезопасное формирование комплекса. При этом соотношение между основнымиподсистемами ПТС (техногенным объектом и природной средой) может бытьсущественно различным в зависимости от выбранных приоритетов – технических,экологических, социально-экономических и др., а принцип экологическойбезопасности может формулироваться, например, как поддержание некоторогоустойчивого состояния создаваемой ПТС.

Другойоказывается постановка задачи оценки возможных последствий для окружающей средыпри создании объектов ядерной энергетики. Здесь под экологической безопасностьюпонимается концепция, согласно которой при проектировании, строительстве,эксплуатации и снятии с эксплуатации АЭС, а также других объектов ЯТЦпредусматривается и обеспечивается сохранение региональных экосистем. При этомдопускается некоторый экологический ущерб, риск которого не превосходитопределенного (нормируемого) уровня. Этот риск минимален в период штатнойэксплуатации АЭС, возрастает при возведении объекта и снятии его с эксплуатациии, особенно – в аварийных ситуациях. Необходимо учитывать влияние на окружающуюсреду всех основных факторов техногенного воздействия: радиационного,химического теплового (с учетом их возможного нелинейного взаимодействия).Следует иметь в виду и различные масштабы возможных последствий: локальный(тепловое пятно сброса подогретых вод в водоемы и водотоки), региональный(выброс радионуклидов), глобальный (рассеяние долгоживущих радионуклидов побиосферным каналам). Если же создается крупное водохранилище-охладитель, то,как в случае гидроэнергетического объекта, должна ставиться задача обэкологически безопасном функционировании сложной ПТС (с учетом отмеченнойспецифики АЭС).

Аналогичныйкруг вопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологическойбезопасности объектов теплоэнергетики: учет теплового и химического воздействияна окружающую среду, влияние водоемов-охладителей и т.п. Кроме того, длякрупных ТЭС на твердом топливе (уголь, сланцы) возникают проблемы надежной ибезопасной эксплуатации золоотвалов – сложных и ответственных грунтовыхгидросооружений. И здесь надо ставить задачу о безопасном функционировании ПТС«ТЭС – окружающая среда».

Какоевлияние оказывает на характер вредных выбросов в атмосферу вид топлива,используемый на тепловых электростанциях.

Вкачестве топлива на тепловых электростанциях используют уголь, нефть и нефтепродукты,природный газ и реже древесину и торф. Основными компонентами горючихматериалов являются углерод, водород и кислород, в меньших количествахсодержится сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чащевсего оксиды и сульфиды).

Втепло энергетике источником массированных атмосферных выбросов икрупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия иустановки паросилового хозяйства, т.е. любые предприятия, работа которыхсвязана с сжиганием топлива. В состав отходящих дымовых газов входят диоксидуглерода, диоксид и триоксид серы и ряд других компонентов, поступление которыхв воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентамбиосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту инаселению городов.

Нарядус газообразными выбросами теплоэнергетика является «производителем» огромныхмасс твердых отходов; к ним относятся хвосты углеобогащения, золы и шлаки.

Отходыуглеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO², 22-26% Al²O³, 5-12% Fe²O³, 0,5-1% CaO,4-4,5% K²O и Na²O и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, «дымят» и резкоухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий.

Жизньна земле возникла в условия восстановительной атмосферы и только значительнопозже, спустя примерно 2 млрд. лет, биота постепенно преобразовалавосстановительную атмосферу в окислительную. При этом биота предварительновывела из атмосферы различные вещества, в частности углекислый газ, образовавогромные залежи известняков и других углеродосодержащих соединений.

Сейчаснаша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов,в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях полученияэнергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год в мире было сожжено 450 млрд. баррелейнефти, 90 млрд. т угля, 11 трлн.куб.м газа.

Выбросыв атмосферу электростанцией мощностью 1000МВт в год (в тоннах).

Топливо Выбросы Углеводороды СО NOx SO² Частицы Уголь 400 2000 27000 110000 3000 Нефть 470 700 25000 37000 1200 Природный газ 34 - 20000 20,4 500

Основнуючасть выброса занимает углекислый газ – порядка 1 млн.т в пересчете на углерод1 Мт. Со сточными водами тепловой электростанции ежегодно удаляется 66 торганики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 твзвешенных частиц. Зола электростанций часто содержит повышенные концентрациитяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ. Для электростанции работающейна угле требуется 3,6 млн.т угля, 150 куб.м воды и около 30 млрд. куб.м воздухаежегодно. В приведенных цифрах не учтены нарушения окружающей среды, связанныес добычей и транспортировкой угля.

Еслиучесть, что подобная электростанция активно работает несколько десятилетий, тоее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последнийобычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количества разово, тоэлектростанция делает это постоянно. За весь голоцен (10-12 тыс. лет)вулканическая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно повлиять на составатмосферы, а хозяйственная деятельность человека за какие-то 100-200 летобусловила такие изменения, причем в основном за счет сжигания ископаемоготоплива и выбросов парниковых газов разрушенными и деформированнымиэкосистемами.

Коэффициентполезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%,большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или инымспособом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т.е. помимохимического в биосферу поступает тепловое загрязнение.

Загрязнениеи отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазыраспределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой –региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, новсе же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основныхглобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопленияизменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числепарниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практическиотсутствовали – хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители имеющие высокийпарниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экранастратосферы.

Влияние водохранилищ и гидроэлектростанций на природнуюсреду.

Обострениеэкологической ситуации, как в мире, так и в нашей стране, к началу 90-х годовпослужило поводом для возобновления дискуссий по проблемам экологии вгидроэнергетике, отличающейся большой агрессивностью. В нашей стране принципыприоритета охраны окружающей среды были признаны на Всесоюзномнаучно-техническом совещании «Будущее гидроэнергетики. Основные направлениясоздания гидроэлектростанций нового поколения» (1991 г.).

Наиболеерезко прозвучали вопросы создания высоконапорных ГЭС с крупными водохранилищами,затопления земель, качества воды. Сохранения флоры и фауны.

Из-забольшой площади зеркал водохранилищ наиболее крупных ГЭС России(Саяно-Шушенская, Красноярская, Усть-Илимская) ущерб наносимый природезначителен. Наиболее значимым фактором воздействия крупных гидроэлектростанцийна экосистему водосброса является создание водохранилищ и затопление земель.Это вызывает изменение видового состава, численности биомассы растений,животных, формирование новых биоценозов.

Эффективнымспособом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС вкаскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркалаводохранилищ. Несмотря на снижение энергетических показателей и уменьшениерегулирующих возможностей возрастания стоимости, низко напорные гидроузлы,обеспечивающие минимальные затопления земель, лежат в основе всех современныхразработок.

Ещеодна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества воднойсреды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологическими процессамипроизводства электроэнергии на ГЭС (объемы загрязнений, поступающие со сточнымиводами ГЭС, составляют ничтожно малую долю в общей массе загрязненийхозяйственного комплекса), а низкое качество санитарно-технических работ присоздании водохранилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты.

Вводохранилищах задерживается большая часть питательных веществ, приносимыхреками. В теплую погоду водоросли способны массами размножаться в поверхностныхслоях обогащенного питательными веществами, или эвтрофного, водохранилища. Входе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища ипроизводят большое количество кислорода. Отмершие водоросли придают воденеприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыхулюдей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, «цветение»водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах стран СНГ делает их водунепригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд.

Впервые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много разложившейсярастительности, а «новый» грунт может резко снизить уровень кислородав воде. Гниение органических веществ может привести к выделению огромногоколичества парниковых газов — метана и двуокиси углерода.

Водохранилищачасто «созревают» десятилетиями или дольше, а в тропиках этот процессдлится столетиями — пока разложится большая часть всей органики.

Очистказатопляемой зоны от растительности смягчила бы проблему, но поскольку онатрудна и дорога, очистку проводят лишь частично.

Самыйизвестный пример масштабного затопления леса — плотина Брокопондо в Суринаме(Ю. Америка), затопившая 1500 кв. км тропического леса — 1% территории страны.Разложение органического вещества в этом мелководном бассейне лишило его воду кислородаи вызвало мощное выделение сероводорода, зловонного газа, способствующегокоррозии. Работники дамбы еще 2 года спустя после заполнения водохранилища в1964 году носили маски. А стоимость ущерба, нанесенного турбин закисленнойводой, составила более 7 процентов общей стоимости проекта.

Вто же время опят эксплуатации водохранилищ показал, что вследствие увеличениявремени пребывания воды в водоеме общий эффект самоочищения в них в большинствеслучаев выше, чем в реках. Водохранилища существенно сглаживают амплитудуколебания показателей качества воды. Резко снижают их пиковые значения.

Есливопрос о положительном или отрицательном влиянии водохранилищ на качество водыдо сих пор остается спорным, то негативное влияние неочищенных стоков,бесспорно. Большие объемы воды и высокий эффект самоочищения в водохранилищахпобуждают к строительству предприятий без должной очистки стоков, чтопревращает водохранилища в огромные отстойники сточных вод.

Кромезагрязнения объективным показателем качества является состояние обитающих вводе живых организмов. Наиболее тесно связаны с водными массами планктонныеорганизмы. При транзите через зарегулированный поток с каскадами водохранилищпланктонные сообщества (ценозы) претерпевают сложные изменения, обусловленные поочереднымпопаданием планктонных организмов то в озерные условия (верхний бьеф), то вречные (нижний бьеф). В условиях верхнего бьефа формируется планктобиоценозозерного типа, а в условиях нижнего – речного. Эти плактоценозы отличаютсяобъемами продуцируемого органического вещества, плотностью и биомассойорганизмов, видовым составом и другими показателями. Как правило, организмысообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условияхтечение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные видыорганизмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехническиесооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергаетсяразрушению.

Ивсе же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует отметить жизнесберегающуюфункцию ГЭС. Так выработка каждого млрд.кВт*ч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭСприводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел/год.

Атомные электростанции и экологические проблемы,возникающие при их эксплуатации.

Сконца 1960-х годов начинается бум ядерной энергетики. В это время возникло, покрайней мере, две иллюзии, связанных с ядерной энергетикой. Считалось, чтоэнергетические ядерные реакторы достаточно безопасны, а системы слежения иконтроля, защитные экраны и обученный персонал гарантируют их безаварийнуюработу, а также считалось, что ядерная энергетика является «экологическичистой», т.к. обеспечивает снижение выброса парниковых газов при замещенииэнергетических установок, работающих на ископаемом топливе.

Иллюзияо безопасности ядерной энергетики была разрушена после нескольких большихаварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа начернобыльской АЭС. Катастрофа в Чернобыле показала, что потери при аварии наядерном энергетическом реакторе на несколько порядков превышают потери приаварии на энергетической установке такой же мощности, использующей ископаемоетопливо. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, чтонаселение ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды,растительный покров оказались радиоактивно зараженными на многие десятилетия.При этом в отношении чернобыльского выброса многое остается неизвестным, и рискздоровью населения от аварийных выбросов этой АЭС существенно занижен, т.к. вбольшинстве стран СНГ отсутствует хорошая медицинская статистика. Рядомисследователей США было установлено, что с мая по август 1986 года, наблюдалсязначительный рост общего числа смертей среди населения, высокая младенческаясмертность, а также пониженная рождаемость, связанные не исключено с высокойконцентрацией радиоактивного йода-131 из чернобыльского облака, накрывшего США.

Зачетыре летних месяца возросло количество смертей от пневмонии, разных видовинфекционных заболеваний, СПИДа по сравнению со средним числом смертей за этотпериод в 1983-85 годах. Все это с высокой статистически достовернойвероятностью связано с поражением иммунной системы чернобыльскими выбросами.

Такойже точной статистики нет и для большинства других стран, исключая Германию. Наюге Германии, где чернобыльские выпадения были особенно интенсивными,младенческая смертность возросла на 35%.

Однакоопасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Дажебез них около 250 радиоактивных изотопов попадают в окружающую среду врезультате работы ядерных реакторов. Эти радиоактивные частицы вместе с водой,пылью, пищей и воздухом попадают в организмы людей, животных, вызывая раковыезаболевания, дефекты при рождении, снижение уровня иммунной системы иувеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерныхустановок.

Департаментобщественного здравоохранения штата Массачусетс с 1990 года установил, что улюдей, живущих и работающих в двадцатимильной зоне АЭС «Пилигрим», около городаПлимут, в 4 раза выше заболеваемость лейкемией, чем ожидалось. Статистическизаметное увеличение случаев заболеваний лейкемией и раком обнаружено вокрестностях АЭС «Троян» в городе Портленд, штат Орегон. Заболеваемостьлейкемией детей в поселке около британского ядерного центра в Селлафилде в 10раз выше, чем в среднем по стране, и, несомненно, связана с его работой. Этостало известно в 1990 году, а недавно официально подтверждено Британскимкомитетом по радиологии.

Дажекогда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количестворадиоактивных изотопов инертных газов. Также как радиоактивный йодконцентрируется в щитовидной железе, вызывая ее поражение, радиоизотопыинертных газов, в 70-е годы считавшиеся абсолютно безвредными для всего живого,накапливаются в некоторых клеточных структурах растений хлоропластах,митохондриях и клеточных мембранах. После установления этого факта, остаетсяслово «инертные» всегда употреблять в кавычках, поскольку, конечно же, ониоказывают серьезное влияние на процессы жизнедеятельности растений.

Радиоизотопы«инертных» газов вызывают и такой феномен как столбы ионизированного воздуха(свечки) над АЭС. Эти образования могут наблюдаться с помощью обыкновенныхрадиолокаторов на расстоянии в сотни километров от любой АЭС. Кто сможет утверждать,что все это никак не сказывается на состоянии и качестве окружающей среды, намиграционных путях птиц и летучих мышей, на поведении насекомых?

Однимиз основных выбрасываемых инертных газов является криптон-85 бета-излучатель.Уже сейчас ясна его роль в изменении электропроводности атмосферы. Количествокриптона-85 в атмосфере (в основном за счет работы АЭС) увеличивается на 5 % вгод. Уже сейчас количество криптона-85 в атмосфере в миллионы раз (!) выше, чемдо начала атомной эры. Этот газ в атмосфере ведет себя как тепличный газ, вносятем самым вклад в антропогенное изменение климата Земли.

Нельзяне упомянуть и проблему другого бета-излучателя, образующегося при всякойнормальной работе АЭС, трития, или радиоактивного водорода. Доказано, что онлегко связывается с протоплазмой живых клеток и тысячекратно накапливается впищевых цепочках. Кроме того, надо добавить загрязнение тритием грунтовых водпрактически вокруг всех АЭС. Ничего хорошего от замещения части молекул воды вживых организмах тритием ждать не приходиться. Когда тритий распадается (периодполураспада 12,3 года), он превращается в гелий и испускает сильноебета-излучение. Эта трансмутация особенно опасна для живых организмов, так какможет поражать генетический аппарат клеток.

Ещеодин радиоактивный газ, не улавливаемый никакими фильтрами и в большихколичествах производимый всякой АЭС, углерод-14. Есть основания предполагать,что накопление углерода-14 в атмосфере ведет к резкому замедлению ростадеревьев. Такое необъяснимое замедление роста деревьев, по заключению рядалесоводов, наблюдается, чуть ли не повсеместно на Земле. Сейчас в составеатмосферы количество углерода-14 увеличено на 25% по сравнению с до атомнойэрой.

Ноглавная опасность от работающих АЭС — загрязнение биосферы плутонием. На Землебыло не более 50 кг этого сверхтоксичного элемента до начала его производствачеловеком в 1941 году. Сейчас глобальное загрязнение плутонием принимаеткатастрофические размеры: атомные реакторы мира произвели уже много сотен тоннплутония – количество более чем достаточное для смертельного отравления всехживущих на планете людей. Плутоний крайне летуч: стоит пронести образец черезкомнату, как допустимое содержание плутония в воздухе будет превышено. У негонизкая температура плавления – всего 640 градусов по Цельсию. Он способен ксамовозгоранию при наличии кислорода.

Обычно,когда говорят о радиационном загрязнении, имеют в виду гамма-излучение, легкоулавливаемое счетчиками Гейгера и дозиметрами на их основе. В то же время естьнемало бета-излучателей (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 130).Существующими массовыми приборами они измеряются недостаточно надежно. Ещетруднее быстро и достоверно определять содержание плутония, поэтому еслидозиметр не щелкает, это еще не означает радиационной безопасности, это говоритлишь о том, что нет опасного уровня гамма-радиации.

Наконец,важнейшей причиной экологической опасности ядерной энергетики и ядернойпромышленности в целом является проблема радиоактивных отходов, которая так и остаетсянерешенной. На 424 гражданских ядерных энергетических реакторах, работающих вовсем мире, ежегодно образуется большое количество низко-, средне- ивысокорадиоактивных отходов. К этой проблеме отходов прямо примыкает проблемавывода выработавших свой ресурс реакторов.

Радиоактивноезагрязнение сопровождает все звенья сложного хозяйства ядерной энергетики:добычу и переработку урана, работу АЭС, хранение и регенерацию топлива. Этоделает атомную энергетику экологически безнадежно грязной. С каждым десятилетиемоткрываются все новые опасности, связанные с работой АЭС. Есть все основаниясчитать, что и далее будут выявляться новые данные об опасностях, исходящих отАЭС.

Список литературы

 «Надежностьи экологическая безопасность гидроэнергетических установок» Львов Л.В.; ФедоровМ.П.; Шульман С.Г. Санкт-Петербург 1999г.

«Экологияи охрана биосферы при химическом загрязнении» Лозановская И.Н.; Орлов Д.С.;Садовникова Л.К. Москва 1998г.

«Экологическиепроблемы. Что происходит, кто виноват и что делать?» под редакциейДанилова-Данильяна В.И. Москва 1997г.

Статья«Ядерная мифология конца 20 века» А.В.Яблоков «Новый мир» 1995г.

Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта study.online.ks.ua/