Как влияет энергетика на окружающую среду?

Защита окружающей человека среды, как это всем хорошо известно, - одна из важнейших глобальных проблем. Мы остановимся только на той части проблемы, которая связана с электростанциями. Воздействие на окружающую среду различных типов электростанций (ТЭС, ГЭС, АЭС) различно, и поэтому рассмотрим каждый из этих трех случаев отдельно.

Пожалуй, наибольшее отрицательное воздействие на окружающую среду в настоящее время оказывают ТЭС. Их воздействие заключается в загрязнении атмосферы мелкими твердыми частицами золы (Так как большинство ТЭС использует в качестве топлива мелкоизмельченный (в специальных мельницах) уголь, унос мелких частиц несгоревшего угля ничтожен; коэффициент избытка воздуха в топке всегда больше единицы (примерно на 20%). )и особенно выбросами с уходящими газами окислов серы (если, конечно, сера содержится в топливе, что бывает сплошь и рядом) и окислов азота.

Что касается выбросов мелких частиц золы, то для борьбы с этим злом налажен массовый выпуск фильтров с КПД 95 - 99%. Можно было бы считать этот вопрос решенным, если бы на многих электростанциях, работающих на угле, фильтры не находились бы в столь безобразном состоянии, что их КПД снижается до 80% и даже еще более. Но это уже вопрос порядка, дисциплины.

С выбросами окислов серы и азота дело обстоит гораздо сложнее (Окислы серы возникают при сжигании любого топлива (угля, мазута, природного газа), если в нем содержится сера; окислы азота образуются при сжигании любого топлива тем в большем количестве, чем выше температура.). До настоящего времени не создано эффективно действующих и дешевых фильтров. Однако необходимо отметить, что работа по созданию таких фильтров ведется энергично, и, нужно думать, она будет успешно завершена к 2000 г., а может быть, и ранее. Пока что для избежания предельных концентраций SO_X и NO₂ в местах расположения электростанций строятся высокие выхлопные трубы - до 320 - 350 м.

Следует заметить, что окислы углерода, когда речь идет о тепловых электростанциях, не создают сколько-нибудь серьезных затруднений. Продукт неполного сгорания углерода СО, вредно действующий на людей даже в малых концентрациях, в продуктах сгорания ТЭС практически отсутствует. Как уже говорилось выше, причиной этого является большой избыток воздуха.

Выбросы углекислого газа СО₂, который независимо от человеческой деятельности входит в состав атмосферы в количестве около 0,03% по объему, обращают на себя внимание главным образом с точки зрения увеличения так называемого парникового эффекта атмосферы и связанного с этим возможного повышения температуры атмосферы. Сущность парникового эффекта в том, что атмосфера Земли прозрачна для основной части излучения Солнца (в оптическом диапазоне). В атмосфере Земли излучение поглощается молекулами СО₂, Н₂О и другими, именно поэтому увеличение углекислоты в атмосфере Земли может привести к повышению ее (атмосферы) температуры.

К повышению температуры атмосферы и поверхности Земли может привести также увеличение производства и потребления энергии. Необходимо помнить, что вся произведенная энергия, согласно второму началу термодинамики, в конце концов превратится в тепло.

Все эти рассуждения о росте температуры атмосферы и поверхности Земли были, однако, поколеблены проведенными наблюдениями. С начала XX в. до 40-х годов среднегодовая температура повысилась приблизительно на 0,7° С, а площадь арктических льдов уменьшилась на 10%. Объясняли это увеличением концентрации СО₂ в атмосфере и ростом производства и потребления энергии.

Но за последующие приблизительно 30 лет, несмотря на рост выбросов СО₂ в 2 раза к продолжающееся увеличение производства и потребления энергии, происходило и продолжает происходить снижение температуры, которая может скоро приблизиться к уровню конца XIX в.

Что все это означает? Только то, что мы еще плохо знаем описываемые процессы. Многие считают, что до сих пор не принималось во внимание значение аэрозолей - находящихся во взвешенном состоянии мельчайших твердых частиц и капель жидкости. Рассмотрение этой гипотезы ведется.

Что касается жидкой фазы (рек, озер, прудов), то ТЭС сколько-нибудь существенно их не загрязняют. Надо только внимательно следить, чтобы нагрев воды, например пруда, не превысил допустимых пределов. В случае чего всегда есть запасной вариант - градирня. Умеренный нагрев пруда может быть даже полезным - содействовать рыбному хозяйству.

Разговор о воздействии ТЭС на окружающую среду можно было бы считать на этом исчерпанным. Но нам хочется, несколько выходя за рамки установленной программы, поставить такой вопрос: какие источники загрязнения наиболее существенны для атмосферы?

Для развитых стран, особенно для больших городов, это автомобиль. В ФРГ, например, на долю ТЭС приходится около 25% всего используемого топлива, а на долю автомобилей - около 12%. В то же время в загрязнении воздушной среды на долю ТЭС приходится примерно 9% (это, конечно, немало, но, как сказано выше, есть реальные возможности резкого снижения этой цифры), а на долю автомобилей 50%.

Дело заключается в том, что в автомобилях (с карбюраторными двигателями) плохо сжигается топливо. Автомобили имеют, в частности, в отработавших продуктах сгорания много СО и NO_x.

Вслед за автомобилями большое загрязнение атмосферы приносят отопительные (особенно нецентрализованные) установки, а также выхлопные газы предприятий.

Промышленные предприятия (особенно целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, цветной металлургии и некоторые другие) - главные загрязнители водных объектов. Поэтому особо большое внимание должно уделяться очистным сооружениям. Кардинальное решение проблемы - создание предприятий с использованием воды в замкнутом контуре. Переходим теперь к ГЭС. Всего несколько десятилетий назад широкое распространение получила неправильная точка зрения о том, что ГЭС якобы не могут отрицательно влиять на окружающую среду. К сожалению, как об этом говорилось выше, дело обстоит не так.

На вопрос о том, можно ли сказать, что ГЭС настолько отрицательно влияют на окружающую среду, что их не надо строить вовсе, или, наоборот, влияние ГЭС на окружающую среду настолько мало, что их ничтоже сумняшеся можно строить дальше, единого ответа дать нельзя. В некоторых конкретных случаях их строить можно и должно, а в некоторых - нет.

В наибольшей мере объективный ответ на этот вопрос зависит от характеристики будущего водохранилища. Поэтому, повторяем, ответ о целесообразности строительства каждой конкретной ГЭС должен рассматриваться самостоятельно. К важнейшим характеристикам водохранилища относятся: размер зеркала водохранилищ, наличие в водохранилищах мелководий, влияние водохранилищ на местный климат, состояние почв и растительности, а также на рыбное хозяйство и водный (речной) транспорт.

Нельзя дать каких-либо твердых цифровых показателей типа: если на тысячу установленных киловатт ГЭС приходится не более n квадратных километров зеркала водохранилища, то ГЭС строить можно, а если больше, то - нет. Надо, конечно, учитывать, насколько ценные земли (главным образом с точки зрения сельского хозяйства) будут затоплены.

Большим бедствием являются водохранилища, большую часть которых составляют мелководья. Возникают они в случаях, когда плотины ГЭС сооружаются в равнинной местности, например волжские ГЭС. Вода мелководий интенсивно прогревается солнцем, что создает благоприятные условия для развития сине-зеленых водорослей. Они в большинстве случаев не используются и, разрастаясь, гниют, заражают воду и атмосферу.

Важен также учет интересов речного судоходства. В принципе сооружение ГЭС оказывает двоякое воздействие на судоходство: повышение глубины реки в верхнем бьефе, что для судоходства выгодно, и необходимость (при сквозном движении судов) сооружения шлюзов, что влечет за собой дополнительные капиталовложения.

Два обстоятельства главным образом влияют на рыбное хозяйство. Во-первых, это касается так называемых проходных рыб, совершающих в период нереста миграцию из морей в реки, например из Каспийского моря в Волгу. Воздвижение плотин на пути их миграции может привести к ликвидации очень денных проходных рыб. Попытки создать специальные устройства для миграции проходных рыб пока к успеху не привели.

Во-вторых, дело заключается и в том, что уровень воды в реках, на которых построены плотины ГЭС, подвержен колебаниям, определяемым электрической загрузкой ГЭС и, следовательно, количеством воды, которая должна протекать через ее турбины. Нередки случаи, когда выметанная рыбами икра вблизи поверхности реки гибнет (засыхает) вследствие понижения уровня воды.

Вопросы безопасности ядерных реакторов были рассмотрены выше. Здесь нам остается добавить очень немного. Реакторы ВВР второго поколения, о которых также уже говорилось, должны обладать так называемой внутренней безопасностью.

Это значит, если возникнет аварийная ситуация, а эксплуатационный персонал произведет неправильные действия, реактор все равно остановится.