Экологические аспекты нетрадиционной энергетики

Расширение использования НВИЭ во многом связывается с надеждами на получение экологически более безопасных источников энергии. Поэтому в начальной стадии развития этих источников энергии необходимо с возможно большей полнотой выявить реальную степень их воздействия на окружающую природную среду. Это позволит избежать ошибок, допущенных при освоении

Раздел 7. Энергетические объекты городов 305

традиционных источников энергии, когда сначала были созданы технологи­ческие принципы и конструкции энергоустановок, и лишь затем, в процессе эксплуатации, начались поиски путей подавления отрицательных экологичес­ких воздействий. Далее приведены наиболее характерные воздействия на окру­жающую природную среду, возникающее при использовании НВИЭ.

Солнечная энергия. Низкотемпературные солнечные системы тепло- и во­доснабжения являются наиболее распространенными в данный период как в индустриально развитых, так и в развивающихся странах. Средне- и высоко­температурные солнечные установки пока еще находятся на стадии интенсив­ной разработки. В мире создано несколько солнечных электрических станций (СЭС) с использованием рассредоточенных ^параболических систем концент­раторов (общей мощностью ~ 400 МВт). Опыт их эксплуатации, в частности, показал, что основным экологическим фактором для СЭС по термодинами­ческому циклу преобразования энергии является блокировка оборудованием значительных земельных территорий. Так, средняя потенциальная возможность СЭС данного цикла оценивается в 30—40 МВт с одного км². 'Потенциальные возможности получения предельной мощности фотопреобразователей в 45—60 МВт с 1км² (при их КПД до 15%) и 60—100 МВт (при КПД фотопреобразовате­лей — до 25%). В расчете на 1 МВт получаемой мощности СЭС на фотопреоб­разователях вдвое экономичнее используют территории, чем СЭС, выполнен­ные по термодинамическому циклу с центральными приемниками.

Кроме потребности в сравнительно больших площадях, создание СЭС связано, хотя это может показаться на первый взгляд странным, с весьма опасным загрязнением водного и отчасти воздушного бассейна, которое мо­жет происходить в процессе изготовления гелиоэлементов. Для тепловых СЭС используются большие поверхности зеркал, изготавливаемых с применением соединений ртути. В призводстве фотопреобразователей используются со­единения мышьяка, селена, сурьмы, кадмия и других токсичных'химических элементов. Для извлечения их из сточных вод и выбросов в атмосферу при­меняются весьма сложные и дорогостоящие методы очистки.

Ветроэнергетика. Практическое использование самых разнообразных ис­точников энергии ветра получило во многих странах широкое распростране­ние. В США эксплуатируется несколько десятков тысяч ветроэнергоагрега-тов. Существенными установленными мощностями располагают страны За­падной Европы: Великобритания — около 500 МВт, Германия — 100 МВт, Дания — более 100 МВт, Нидерланды — 140 МВт, Швеция — 10 МВт и т.д.

Опыт эксплуатации ветроэнергостанций (ВЭС) показал, что экономичес­ки предпочтительнее использовать станции мощностью от 100 до 350 кВт.

Основные факторы воздействия ветроэнергетики на окружающую при­родную среду — это блокировка земельных территорий, шумовые эффекты, высокая металлоемкость ветроустановок, гибель перелетных птиц под удара­ми пропеллеров. Максимальная мощность, которая может быть получена с 1 км² площади, колеблется в широких пределах в зависимости от района размещения, типа и технологических особенностей конструкции станции. Сред­нее значение составляет 10 МВт/км². Шумовой эффект в непосредственной

306 Экология городов

близости от ВЭС в зависимости от ее мощности может достигать 50—80 дБ. Пороговая выносливость человеческого уха, принятая на основе болевых ощущений, равна 180 дБ. Особенно высокие шумовые воздействия возника­ют при эксплуатации установок мощностью более 250 кВт, когда на концах лопаток ветроколес большого диаметра скорости потока воздуха достигают сверхзвуковых. При этом возникает инфразвуковой эффект, отрицательно воздействующий на человека и на другие биологические субъекты.

Существенную роль играет показатель затрат металла на единицу мощно­сти. В зависимости от уровня мощности этот показатель для ВЭС ориентиро­вочно меняется в диапазоне 50—70 кг/кВт. В настоящее время имеется тен­денция замены элементов металлических конструкций, в первую очередь ло­пастей ветроколес, на стеклопластиковые. Следовательно, необходим экологический анализ последствий химических производств, связанных с со­зданием данных конструкционных материалов.

По оценкам Всемирного конгресса Международного общества по солнеч­ной энергии в Денвере (США), если принимать во внимание экологические факторы, то СЭС и ВЭС уже сегодня более экономичны, чем ТЭС и АЭС.

Геотермальная энергия. Использование энергии высокопотенциальных гео­термальных источников издавна привлекало человечество. К настоящему вре­мени сложилось следующее распределение установленных мощностей геотер­мальных теплоэлектростанций (ГеоТЭС) в индустриально развитых странах мира: 70% — в США; 28% — в Италии, Новой Зеландии и Японии; оставшиеся 2% приходятся на Грецию, Исландию, Португалию, Россию и Францию.

Экологическое воздействие ГеоТЭС и геотермальных технологических ус­тановок на окружающую среду сводится: к воздействию минерализованных геотермальных вод и пара; к опусканию земной поверхности (иногда значи­тельному по размерам), находящейся над разрабатываемым геотермальным пластом; к повышенному (в сравнении с ТЭС равной мощности) тепловому воздействию ГеоТЭС на окружающую среду. В составе выводимых на поверх­ность вод находятся: нитриты, хлориды и сульфиды некоторых металлов; опас­ные химические элементы (бор, мышьяк); сероводород (безвредный — в не­больших количествах, токсичный — с ростом концентрации). При отсутствии обратной закачки в пласт возникает опасность засоления водных объектов и почв в районе использования геотермальных вод и падения пластового давле­ния. Изменение давления в пласте в процессе длительной эксплуатации сква­жин влияет на уровень подземных вод в этом районе и может оказать отрица­тельное воздействие на работу артезианских скважин и водоснабжение.

Энергия биомассы. Особое значение источники энергии данного типа имеют для развивающихся стран. В энергобалансе стран Африки они составляют в среднем 60%, Латинской Америки — до 30%, азиатских стран — до 40%, некото­рых стран Европы, Ближнего Востока и Северной Африки — до 10% общего энергопотребления. Однако и индустриально развитые страны стимулируют раз­витие данного направления нетрадиционной энергетики. США, Дания и Шве­ция довели производство энергии биомассы до 400 МВт. Значительное развитие получила переработка биомассы, основанная на процессах газификации, пиро-

Раздел 7. Энергетические объекты городов 307

лиза и получения жидких топлив. Например, в Бразилии, начиная с 1980 года, производство этанола достигло 10 млн л в год. В ряде стран (Зимбабве, Кения, Мали) этанол покрывает от 3 до 15% потребления всего бытового топлива.

В результате процесса биологической ферментации при переработке биомассы в этанол образуются побочные продукты, в том числе промы­вочные воды и остатки перегонки. Последние являются серьезным источ­ником загрязнения окружающей среды. Их масса в несколько раз (до 10) превышает массу производимого продукта — этилового спирта. Представ­ляют интерес технологии, которые позволяют в процессе очистки этих отходов получать вещества, используемые в химической промышленнос­ти, а также в качестве удобрений.

Утилизация органических отходов имеет, прежде всего, экологическую направленность и играет даже большую роль, чем энергетический эффект на основе использования этого вида сырьевых ресурсов. Особенно эффективна она в регионах с влажным теплым климатом и в крупных городах.

Мини- и микроГЭС. Установлено, что на основе этих установок возможно экономически рентабельное производство электроэнергии на уровне 6,5% существующего потенциала гидроресурсов.

Данные установки минимально воздействуют на окружающую природ­ную среду, так как не требуют строительства плотин, водохранилищ, берего­вых сооружений. За последние годы достигнуты серьезные успехи в этом направлении, особенно в Индии и Китае.

Выпускаемые в Харькове и Сызрани (Россия) микро-ГЭС соответству­ют современным научно-техническим и экологическим требованиям. Спрос на них существует как в Украине, России, так и за рубежом (Индия, Ки­тай, Южная Америка).