Энергетика. 
Промышленная экология

Энергетика — основа развития всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунально-бытового хозяйства. Это отрасль с очень высокими темпами развития и огромными масштабами производства. Соответственно, и доля участия энергетических предприятий в нагрузке на природную среду весьма значительна. В табл. 2.1 приведены данные потребления энергии в 2010 г. и прогноз на 2040 г. для стран различных регионов мира (источник: «Прогноз развития энергетики мира и России до 2040 года» Института энергетических исследований РАН, Аналитического центра при Правительстве РФ).

Таблица 2.1

Мировой энергобаланс потребления первичных энергоресурсов.

Примечание: 1. Нефтяной эквивалент, единица условного топлива, принятая Международным энергетическим агентством (ITA) — н.э. 2. Страны ОЭСР — страны Организации экономического сотрудничества и развития.

Для получения энергии используют либо топливо — нефть, газ, уголь, древесину, торф, сланцы, ядерные материалы, либо другие первичные источники энергии — воду, ветер, энергию Солнца и т. д. Практически все топливные ресурсы невозобновляемы. И это первая ступень воздействия на природу энергетической отрасли — безвозвратное изъятие масс вещества. Каждый из источников при его использовании характеризуется специфическими параметрами загрязнения природных комплексов.

Уголь — самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. При его сжигании в атмосферу поступают диоксид углерода, летучая зола, сернистый ангидрид, оксиды азота, фтористые соединения, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Иногда в летучей золе содержатся чрезвычайно вредные примеси, такие как мышьяк, свободный диоксид кремния, свободный оксид кальция.

Нефть. При сжигании жидкого топлива в воздух поступают кроме диоксида углерода сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, натрия, газообразные и твердые продукты неполного сгорания. При сжигании жидкого топлива выделяется меньше вредных веществ, чем при сжигании твердого, но использование нефти в энергетике сокращается (в связи с исчерпанием естественных запасов и исключительным использованием ее на транспорте, в химической промышленности).

Природный газ — наиболее безвредный из ископаемых видов топлива. При его сжигании единственным существенным загрязнителем атмосферы помимо С0₂ являются оксиды азота.

Древесина больше всего используется в развивающихся странах (70% населения этих стран сжигает в среднем около 700 кг на человека в год). Сжигание древесины безвредно — в воздух попадают диоксид углерода и пары воды, но при этом нарушается структура биоценозов — уничтожение лесного покрова вызывает изменение во всех компонентах ландшафта.

Ядерное топливо — одно из самых спорных в современном мире. Конечно, атомные электростанции (АЭС) в гораздо меньшей степени, чем тепловые (использующие уголь, нефть, газ), загрязняют атмосферный воздух, но количество воды, используемой на АЭС, в два раза превышает потребление на тепловых станциях — 2,5—3,0 км³ в год на АЭС мощностью 1 млн кВт, а тепловой сброс на АЭС в расчете на единицу производимой энергии значительно больше, чем на теплоэлектростанциях (ТЭС) в аналогичных условиях. Но особенно жаркие споры вызывают проблемы радиоактивных отходов и безопасности эксплуатации атомных станций. Колоссальные последствия для природной среды и человека возможных аварий на ядерных реакторах не позволяют относиться к ядерной энергии так же оптимистично, как это было в начальный период использования «мирного атома».

Для всех способов разработки месторождений характерно воздействие на биосферу, затрагивающее практически все ее элементы: водный и воздушный бассейны, землю, недра, растительный и животный мир. Оказывается, что, к примеру, при добыче нефти и газа проседает грунт. Известно о проседании дна Северного моря в пределах месторождения Экофиск после извлечения из его недр 172 млн т нефти и 112 млрд м³ газа. Оно сопровождается деформациями стволов скважин и самих морских платформ. Последствия трудно предсказать, но их катастрофический характер очевиден.

Ежегодно в Мировой океан по тем или иным причинам сбрасывается от 2 до 10 млн т нефти (последний пример — авария на нефтяной платформе в Мексиканском заливе). Аэрофотосъемкой со спутников зафиксировано, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. 16 ноября 2012 г. береговая охрана США официально подтвердила, что недалеко от берегов Луизианы горит нефтяная платформа. Буровая установка расположена рядом с бухтой Вэст Кот Бланш Бэй в центральной части штата. Сообщается о двоих погибших и двоих пропавших без вести. По предварительным данным, причиной пожара стал взрыв.

По заявлениям официальных лиц, нефтяная установка West Delta 32 не является аналогом Deepwater Horizon компании ВР, взрыв которой в 2010 г. привел к гибели 11 человек и к самому масштабному в истории человечества разливу нефти.

В Ненецком автономном округе в результате аварии на месторождении им. Р. Требса разлилась нефть на площади более 1 тыс. м². По данным регионального управления МЧС, 14 октября 2013 г. на скважине произошел разлив нефти, связанный с негерметичностыо противовыбросового оборудования, что привело к разливу около 130 м³ нефти.

Особенно загрязнены воды Средиземного моря, Атлантического океана и их берега. Литр нефти лишает кислорода, столь необходимого рыбам, 40 тыс. л морской воды. Тонна нефти загрязняет 12 км² поверхности океана. Икринки многих рыб развиваются в приповерхностном слое, где опасность встречи с нефтью весьма велика.

В докладе Международного энергетического агентства (МЭА) от 12 апреля 2014 г. отмечается, что энергетическая отрасль является крупнейшим источником выбросов парниковых газов, приводящих к изменению климата. Мировые выбросы парниковых газов стремительно увеличиваются. В мае 2013 г. уровень углекислого газа (С0₂) в атмосфере впервые за сотни тысяч лет превысил 400 промилле (частей на миллион). На долю энергетической отрасли приходится около двух третьих выбросов парниковых газов, за счет того, что более 80% мировых энергоносителей приходится на запасы ископаемого топлива. Большинство экспертов сходятся во мнении, что будет повышаться как частота, так и интенсивность экстремальных климатических явлений (жара, наводнения и др.). Также ожидается дальнейшее повышение глобальной температуры и уровня мирового океана.

Несмотря на положительные тенденции в некоторых странах, уровень выбросов С0₂ мировой энергетики вырос на 1,4%, достигнув в 2012 г. рекордного значения 31,6 Гт.

Уровень выбросов в странах, не входящих в ОЭСР, вырос с 45% мировых выбросов в 2000 г. до 60% в настоящее время (2014 г.).

В 2012 г. на долю Китая пришлась большая часть мировых выбросов С0₂, несмотря на то что рост выбросов в этой стране был минимальным за последние десять лет благодаря, прежде всего, развитию возобновляемых источников энергии и значительному повышению энергетической эффективности китайской экономики.

В США переход к использованию газа вместо каменного угля для производства энергии способствовал снижению выбросов на 200 млн тонн (Мт), достигнув таким образом уровня середины девяностых годов.

В Европе, несмотря на увеличение потребления угля, выбросы сократились на 50 Мт в результате снижения темпов экономического роста, развития возобновляемых источников энергии и установления ограничений на выбросы в промышленных и энергетических отраслях.

В Японии выбросы парниковых газов выросли на 70 Мт в связи с тем, что усилиям по повышению энергоэффективности не удалось полностью компенсировать рост потребления ископаемого топлива в результате сокращения использования ядерной энергии.

МЭА предлагает к реализации комплекс технических и юридических мер по ограничению выбросов углекислого газа, но даже если начнется их немедленная реализация, то прогнозируется, что к 2020 г. мировые выбросы парниковых газов энергетической отрасли на 4 Гт эквивалента С0₂ превысят уровень, позволяющий ограничить глобальное потепление двумя градусами °С, что свидетельствует о масштабности проблемы, которую предстоит решить в ближайшие десять лет.

Если рассматривать влияние утилизации ископаемых видов топлива на другие компоненты природных комплексов, то следует выделить вторую ступень влияния на природу — воздействие на природные воды. Для нужд охлаждения генераторов на электростанциях производится огромный водозабор: для выработки 1 кВт электроэнергии необходимо от 200 до 400 л воды; современная ТЭС мощностью 1 млн кВт требует в течение года 1,2— 1,6 км³ воды. Как правило, забор воды для систем охлаждения энергетических установок составляет 50—60% от общего промышленного изъятия воды. Возвращение сточных вод, нагретых в системах охлаждения, вызывает тепловое загрязнение воды, в результате которого, в частности, падает растворимость в воде кислорода и одновременно активизируется жизнедеятельность водных организмов, которые начинают потреблять больше кислорода.

Следующий аспект негативного влияния на ландшафт при добыче топлива (третья ступень) — отчуждение больших площадей, на которых уничтожается растительность, изменяются структура почвы и водный режим. Это касается в первую очередь открытых способов добычи топлива (в мире около 85% полезных ископаемых и строительных материалов добывается открытым способом).

Среди других первичных источников энергии — ветра, речной воды, солнца, приливов и отливов, подземного тепла — особое место занимает вода. Геотермальные электростанции, солнечные батареи, ветряные турбины, приливно-отливные электростанции обладают преимуществом незначительного воздействия на окружающую среду, но их распространение в современном мире пока достаточно ограничено.

Речные воды, используемые гидроэлектростанциями (ГЭС), преобразующими энергию водного потока в электрическую, практически не оказывают загрязняющего воздействия на окружающую среду (за исключением теплового загрязнения). Их негативное влияние на экологию заключается в другом. Гидротехнические сооружения, в первую очередь плотины, нарушают режимы рек и водоемов, препятствуют миграции рыб, влияют на уровень грунтовых вод. Пагубно влияют на экологию и водохранилища, создаваемые для выравнивания речного стока и бесперебойного снабжения ГЭС водой. Суммарная площадь только крупных водохранилищ мира составляет 180 тыс. км² (столько же затоплено земель), а объем воды в них — около 5 тыс. км³. Помимо затопления земель создание водохранилищ сильно изменяет режим стока рек, влияет на локальные климатические условия, что, в свою очередь, воздействует на растительный покров по берегам водохранилища.

Топливно-энергетическая промышленность состоит из топливной промышленности и энергетики. Топливная промышленность — комплекс отраслей, занимающихся добычей и переработкой топливно-энергетического сырья. Она включает угольную, газовую, нефтяную, торфяную, сланцевую и уранодобывающую промышленность. В условиях научно-технической революции роль топливной промышленности возрастает в связи с развитием электрификации и теплофикации производств, обусловливающих интенсивный рост потребления энергии.

Все современные способы производства электроэнергии имеют массу недостатков, и работа ТЭС, ГЭС, АЭС сопровождается рядом отрицательных экологических последствий, например, как уже говорилось, при добыче полезных ископаемых нарушается почвенный покров, «съедаются» целые природные ландшафты, при добыче и транспортировке нефти и газа происходит загрязнение Мирового океана. Мировая тепловая энергетика выбрасывает в окружающую среду вредные вещества, изменяется состав атмосферы, происходит ее тепловое загрязнение. При строительстве ГЭС изменяется микроклимат территории, ее гидрологический режим. Атомная энергетика породила проблему захоронения радиоактивных отходов (не говоря уже о Чернобыле).

ТЭС имеют низкий КПД — не более 35%, что вызывает необходимость добычи огромных объемов топлива, а это значительные затраты труда, металла, земли, перегруженность транспорта, сжигание нефти, большие потери энергии при ее передаче — до 10% на каждую тысячу километров ЛЭП. Кроме того, работа ТЭС ведет к загрязнению природного окружения, прежде всего загрязнению воздуха сернистым ангидридом, превращающимся в серную кислоту, и золой, способствует «парниковому эффекту». Характерные для тепловой энергетики выбросы наиболее токсичных веществ — пятиокиси ванадия и бензапирена. Велики объемы сброса загрязненных сточных вод и золошлакоотвалов. Основными факторами воздействия ТЭС на гидросферу являются выбросы теплоты, следствиями которых могут быть локальное постоянное повышение температуры в водоеме; временное общее повышение температуры; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков, распределения осадков, испарений, туманов. Наряду с нарушением климата тепловые выбросы приводят к зарастанию водоемов водорослями, нарушению кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.

Основными факторами воздействия ТЭС на литосферу является осаждение на ее поверхности твердых частиц и жидких растворов — продуктов выбросов в атмосферу, потребление ресурсов литосферы, в том числе вырубка лесов, добыча топлива, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель и лугов под строительство ТЭС и для устройства золоотвалов. Следствием этих преобразований является изменение ландшафта.

ГЭС. Строительство водохранилищ связано с потерями большого количества плодородных земель на равнинах. В горах такое строительство, как считает ряд специалистов, может вызвать землетрясение в результате усиления тектонического давления массы воды на земную кору. Сокращаются рыбные запасы. Вода обедняется кислородом и становится почти безжизненной.

АЭС. Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия АЭС на объекты окружающей среды. При строительстве возникает локальное механическое воздействие на рельеф. При эксплуатации происходит сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты, изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС, а также микроклиматических характеристик прилежащих районов. 11а рис. 2.1 приведена схема комплексного воздействия объектов энергетики на окружающую среду.

Рис. 2.1. Факторы воздействия электроэнергетики на окружающую среду.