Электрическую энергию получают опасными для природы способами

Виды источников энергии и их влияние на окружающую среду

Энергия – это то, без чего невозможно существование не только человека, но и всего живого на земле. Поэтому вопросы, связанные с использованием различных источников энергии и их воздействия на окружающую среду будут стоять перед человечеством всегда. И если вопрос возобновляемости таких источников рано или поздно будет решен, то проблемы влияния на экологию планеты создаваемых людьми энергетических систем, будь то гидроэлектростанции, атомная энергетика или солнечные батареи вряд ли когда-нибудь потеряют свою актуальность.

Основные виды энергии, необходимой для жизни на планете и деятельности человека

Существуют разные классификации видов энергии. Одна из них — по форме, в которой она поступает на службу человеку. При этом количество энергии – величина постоянная. Происходит лишь перетекание её из одной формы в другую при помощи разного типа энергоносителей в ходе различных химических и физических процессов. Основными видами энергии на земле являются:

• химическая;
• лучистая (энергия света);
• тепловая;
• гравитационная;
• кинетическая;
• электрическая;
• ядерная.

Каждый из известных источников энергии даёт возможность получать как один, так и несколько её видов одновременно. Например, солнце – источник тепла, света и целого спектра других видов излучения. При этом солнечная батарея производит электрическую энергию, которая затем снова трансформируется в свет и тепло. Все виды энергии тесно связаны между собой.

Типы энергии ещё принято делить на:

• потенциальную (например, любое тело на земле, даже находясь в покое, обладает потенциальной энергией, источником которой является земная гравитация);
• кинетическую (то есть, связанную с любым видом движения).

Энергия также может являться:

• первичной (непосредственно исходящей от источника, например, солнечный свет, тепло);
• вторичной (возникающей в процессе преобразования первичной энергии, например, электрическая).

Следует заметить, что преобразование одного вида энергии в другой не является изобретением человека. Такие процессы присутствовали в природе всегда, они лежат в основе существования всего живого и самой планеты. Человек лишь сумел изучить законы, по которым они развиваются, и попытался поставить их себе на службу.

Так, например, химическая энергия, возникающая в процессе потребления людьми растительной или животной пищи, в процессе обмена веществ преобразуется в тепловую, поддерживающую температуру его организма, и кинетическую, дающую возможность работать его органам, а телу двигаться, снова отдавая энергию природе в виде тепла и химических процессов.

Такое перетекание энергии происходит постоянно, и до определённой поры человек не имел возможности вмешаться в этот процесс. Всё изменилось, когда он научился сознательно использовать её источники. Например, использование энергии пара стало величайшим открытием человечества перед изобретением электричества и совершило техническую революцию в XIX веке. Тепловая энергия горящего дерева, угля или нефтепродуктов, нагревая котёл с водой, преобразовывалась в кинетическую энергию пара, приводящего в движение промышленные станки, двигатели паровозов и пароходов. Началась эра активного воздействия человека на окружающую среду, но к чему это может привести, стало понятно далеко не сразу.

Основные виды источников энергии

Таких видов существует несколько и, возможно, в ходе технического прогресса к ним добавятся новые. Их классификации могут иметь в своей основе разные принципы. Наиболее глобальным из таких принципов является конечность источника либо способность его к возобновлению. На этой основе все они делятся на две большие группы:

К возобновляемым источникам принято относить:

• Солнце;
• воздух (ветер);
• воду;
• гравитацию;
• геотермальные источники (вулканы, гейзеры и другие, основанные на термических процессах внутри Земли);
• биосфера планеты (как источник биологической массы растений).

Строго говоря, практически все перечисленные источники правильнее было бы назвать условно-возобновляемыми, так как не существует ничего вечного. Ядерные процессы, идущие на Солнце и в недрах Земли, которые сегодня являются мощнейшим источником энергии, безусловно конечны. Движение воды и воздуха возможно лишь при наличии таковых. О возобновляемости биомассы растений и говорить не приходится. Однако в обозримом будущем при отсутствии глобальных катастроф данные источники действительно представляются неистощимыми. По крайней мере, в результате деятельности человека.

С невозобновляемыми источниками дело обстоит совсем иначе. Их истощение в процессе эксплуатации людьми происходит на наших глазах. Основные их виды:

• дерево;
• уголь;
• нефть;
• газ;
• химические элементы, являющиеся источником радиоактивного излучения.

Использование дерева давно перестало быть актуальным ввиду катастрофического оскудения его запасов. Уничтожение лесов, наверное, самый первый значимый ущерб, который был нанесён природе энергетической деятельностью человека. Ещё в XX веке стало понятно, что истощение запасов нефти, газа и угля – перспектива не только реальная, но и достаточно близкая. Некоторые учёные уже пытаются точно рассчитать, когда это произойдёт. В качестве реального источника энергии в обозримом будущем остаются процессы ядерного распада, лежащие в основе атомной энергетики, где источникам в ближайшее время истощение не грозит. К сожалению, современный уровень развития технологий и достижения ядерной физики пока не могут гарантировать полную безопасность подобных процессов.

Именно системный кризис энергетики, а также сложная экологическая обстановка заставляют сегодня человечество всё чаще задумываться о возвращении к возобновляемым природным источникам.

Влияние на окружающую среду

Вторжение человека в природную энергетическую и экологическую системы планеты не может не отражаться на состоянии окружающей среды. Где-то такое воздействие почти незаметно, но где-то оно носит катастрофический характер. Принято считать, что практически все возобновляемые источники энергии являются экологически безопасными. Это не совсем верно. Да, большинство из них действительно не наносят вреда окружающей среде, и в этом их огромное преимущество. Многие учёные считают, что само выживание человечества будет зависеть от того, сумеет ли оно полностью заменить ими виды, наносящие вред экологии.

Солнце, воздух, гравитация и тепловая энергия Земли действительно являются «чистыми» источниками энергии, использование которых абсолютно безопасно для окружающей среды. Однако практически все они в настоящее время имеют слишком низкий КПД для того, чтобы полностью заменить собой экологически «вредные» источники. Большое будущее пророчат солнечным электростанциям после того как люди научатся более эффективно преобразовывать энергию звезды в электрическую на любых широтах и при любой погоде. Надо отметить, что положительные сдвиги в этом направлении наблюдаются уже сейчас. Солнечные панели, бывшие очень дорогими эксклюзивными установками для научных и государственных нужд, уже стали доступны для рядового потребителя, всё чаще выбирающего данный вариант электроснабжения для своего дома.

К сожалению, всё сказанное о возобновляемых источниках не относится к гидроэлектростанциям и установкам, работающим на биологическом топливе. Влияние последних пока недостаточно изучено, однако не вызывает сомнений, что любое вторжение человека в структуру биосферы, нарушающее биобаланс в природе, может иметь самые печальные последствия. С последствиями же использования рек для строительства гидроэлектростанций человечество знакомо достаточно хорошо.

Всплеск популярности данного вида электростанций относится к первой половине XX века. Тогда казалось, что вращающая турбины вода из естественного источника (перекрытой шлюзами и, как правило, сильно изменившей русло реки) является оптимальным вариантом экологически чистого и практически вечного источника энергии. То, что при таком вольном обращении с реками разрушается экосистема целых регионов, лежащих вверх и вниз по течению, люди заметили не сразу. Тревогу забили, когда в результате обезвоживания или, наоборот, заболачивания огромных территорий началась массовая гибель сначала рыбы, затем — животных и птиц, выветривание почв из-за потери лесов, истощение сельскохозяйственных земель из-за недостатка воды в засушливых районах и многое другое. Сегодня к строительству гидросооружений подходят с гораздо большей осторожностью, стараясь грубо не нарушать сложившуюся экосистему рек. Однако полностью избежать неблагоприятных воздействий очень трудно.

Но все остальные опасности блекнут на фоне того, что происходит с окружающей средой в результате эксплуатации тепловых электростанций. Основанные на энергии, получаемой в результате сжигания того или иного вида топлива, они по сей день представляют собой главный источник электроэнергии на планете. Они действительно эффективны и неприхотливы в использовании, могут работать на нефтепродуктах, газе, угле и любых других горючих материалах, что позволяет вырабатывать максимально дешевое электричество. Однако вред, наносимый теплоэлектростанциями окружающей среде, не сопоставим с причиняемым всеми остальными их видами вместе взятыми.

Безусловно, свою долю в загрязнение вносит также применение перечисленных энергоносителей и продуктов их переработки в других областях, прежде всего на транспорте и в промышленности. Сжигание угля, нефти, газа и других видов топлива, независимо от сферы их применения, кроме прямого загрязнения атмосферы, почвы и воды, приводит к колоссальным выбросам углекислого газа, которые, по мнению специалистов, являются главной причиной так называемого парникового эффекта. В более долгосрочной перспективе запускаемые ими процессы ведут к катастрофическим изменениям климата на планете со всеми вытекающими из этого последствиями.

На атомные электростанции многие сегодня возлагают большие надежды. При правильной работе они эффективны, безопасны для людей и окружающей среды, дают относительно недорогую электроэнергию. Если учёным удастся полностью взять под контроль процесс распада атомного ядра и поставить его на службу людям, человечество будет обеспечено чистым, доступным и дешевым источником энергии на много веков вперёд. К сожалению, пока огромным минусом данного вида электростанций являются катастрофические неподвластные человеку последствия, которые может повлечь за собой любая их авария.

Источник

Экологические проблемы, связанные с современной энергетикой, и пути их решения

История развития человечества напрямую связана с производством различных видов энергии. Первым шагом на этом пути было разжигание костров в пещерах для того, чтобы приготовить еду и обогреть жилище. Следующий скачок произошел после изобретения колеса. Но резкий рост темпа производства и потребления энергии начался в период индустриализации пару веков назад. Сегодняшний быт трудно представить без использования электричества. Но не вызовут ли катастрофы экологические проблемы энергетики?

Структура производства электроэнергии

Кратко источники электроэнергии можно разделить на три основных типа:

• полезные ископаемые (газ, нефть, уголь, сланцы);
• возобновляемые ресурсы (вода, ветер, солнце, термальные воды);
• расщепление атома.

Более 60% объема производства электричества приходится на ТЭЦ, тепловые электростанции, работающие на ископаемых источниках. Примерно по 16% производят ГЭС (гидроэлектостанции) и АЭС (атомные электростанции). Показатели выработки энергии из альтернативных источников незначительны.

Как влияет энергетика на экологию

Нет такой сферы деятельности, которая бы не зависела от электроэнергии прямо или косвенно. Польза энергетики неоспорима, и потому развивается она опережающими темпами. Но трудно отрицать и негативное воздействие этой отрасли на окружающую среду.

Несмотря на заметное отрицательное воздействие на природу в связи с наращиванием производства энергии, проблемы экологии долгое время не вызывали особого беспокойства в обществе. Но когда в середине 70-х годов двадцатого века были обнародованы обширные данные, свидетельствующие о катастрофических последствиях для климата, ученые стали уделять этой глобальной проблеме серьезное внимание.

Экологические проблемы электроэнергетики возникают как на этапе добычи топлива, так и во время производства и транспортировки энергии. Аварии на электростанциях могут вызвать экологические катастрофы, как было с Чернобыльской АЭС или АЭС Фукусима-1.

Экологические проблемы, связанные с современной энергетикой

По данным исследований самыми вредными для природы являются ТЭЦ. Но ГЭС и АЭС тоже вносят вклад в загрязнение окружающей среды. Проблемы в области экологии зависят от вида используемого топлива.

1. Открытый способ добычи угля и торфа приводит к изменению ландшафта, что в свою очередь разрушает естественную среду обитания растений и животных.
2. Нефть, разлитая во время добычи или транспортировки, убивает флору и фауну как на суше, так и в акватории океана.
3. Плотины ГЭС, строящиеся на реках, вызывают затопление огромных участков плодородных земель и лесов. Из-за того, что перекрыты пути нереста, сокращаются ценные виды рыб.
4. Высоковольтные линии электропередач, проложенные на пути миграции птиц, приводят к поражению их электрическим током.
5. Замыкания на электроустановках и проводящих линиях могут вызывать пожары, приводящие к гибели лесов и их обитателей.
6. Во время сжигания угля, нефти и газа на ТЭЦ в атмосферу выбрасываются тонны оксида серы, окислов азота и золы, состоящей из токсичных веществ, включающих мышьяк, ртуть, свинец и кадмий. Попадающий в воздух оксид углерода приводит к повышению средней температуры, грозящей глобальным потеплением на Земле.
7. Производство электричества на АЭС приводит к накоплению радиоактивных отходов, сохраняющих свои ядовитые свойства сотни лет. Инженерного решения, позволяющего их безопасно перерабатывать, пока не найдено. В случае аварии на АЭС в атмосферу попадают радиоактивные вещества, опасные для жизни. Но даже во время штатного функционирования в воздух производится выброс углерода-14, криптона-85, стронция-90 и других вредных изотопов.

Выработка электричества с помощью энергии солнца, ветра или термальных вод является менее губительной, но и она тоже наносит некоторый вред экологии. Солнечные электрогенерирующие панели изменяют ландшафт, вертяки повышают уровень шума, геотермальные станции загрязняют почвы.

Человечество не может полностью отказаться от использования электроэнергии. Но для предотвращения катастрофических последствий для окружающей среды необходимо прикладывать усилия по уменьшению негативных явлений.

Пути решения проблем

Важным способом решения экологических проблем является развитие энергосберегающих технологий. Сокращение потребности в электричестве позволит уменьшить его выработку, что позитивно скажется на природной среде.

Пристальное внимание необходимо уделять контролю за процессом производства электроэнергии. С загрязнением атмосферы можно бороться следующими способами:

• оптимизировать технологию сжигания нефти, угля и газа;
• очищать топливо, чтобы в процессе переработки выделялось меньше вредных элементов;
• фильтровать газы перед выбросом.

Данные методы снижают КПД и увеличивают стоимость процесса производства, потому не являются достаточно эффективным решением.

Специалисты считают перспективным путем защиты природных ресурсов развитие альтернативных видов производства энергии. Солнечные, ветряные, приливные и геотермальные электростанции оказывают меньшее негативное влияние на экологию. Но они производят относительно мало электричества, их работа может зависеть от погодных факторов. Современные технологии не позволяют использовать альтернативные источники эффективно.

Так, электростанции, использующие энергию ветра, занимают очень большие площади. Они сильно шумят и обладают очень низкой мощностью. Массовое применение ветряков снижает силу воздушных потоков, что сказывается на изменении климата.

Приливные электростанции имеют низкую эффективность. Строиться они могут только на морском берегу, потому не могут служить заменой обычным электростанциям. Во время эксплуатации они меняют соляной состав воды, что наносит вред экосистеме океана, морским животным и растениям.

Геотермальные электростанции можно строить только в местах с определенными геологическими условиями. Недостатком таких установок является вероятность проседания грунта и возникновения сейсмической активности, вызванной воздействием на термальные воды. Добыча горячей воды из-под земли сопровождается выходом на поверхность газов, содержащих в том числе отравляющие вещества.

Солнечные электростанции не шумные, они не загрязняют воздух и почву выбросами. Но мощность их недостаточна для покрытия потребностей в электричестве, а работа зависит от погоды. Станции, преобразующие в электричество энергию солнца, материалоемки, но при этом имеют низкую эффективность. Максимум 20% улавливаемой энергии солнца превращается в электрическую.

Каждый способ производства электричества имеет свои достоинства и недостатки. Важной задачей современной науки является поиск новых методов производства электроэнергии, достаточно эффективных и в то же время наносящих минимальный вред экосистеме.

Источник