Экологические аспекты применения возобновляемых источников энергии
Рубрика: 5. Энергетика
Дата публикации: 26.04.2018
Статья просмотрена: 4771 раз
Библиографическое описание:
Юмаев, Н. Р. Экологические аспекты применения возобновляемых источников энергии / Н. Р. Юмаев. — Текст : непосредственный // Современные тенденции технических наук : материалы VI Междунар. науч. конф. (г. Казань, май 2018 г.). — Казань : Молодой ученый, 2018. — С. 16-21. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/300/14145/ (дата обращения: 12.09.2021).
В статье рассмотрено влияния возобновляемых источников энергии на окружающею среду. Даны экологические параметры работы и эмиссия различных электростанций по циклу производства электроэнергии, штрафной экологический балл для различных видов источников электроэнергии.
Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной экологический балл.
Увеличение население мира приводит к увеличению потребления различных видов энергии от традиционных до возобновляемых.
Возобновляемые источники энергии всё шире применяются в энергетике и поэтому всё пристальнее внимание к аспекту их взаимодействия с окружающей средой.
По сравнению с другими видами возобновляемые источники энергии (ВИЭ) являются одним из наиболее безопасных в экологическом отношении.
Несмотря на то, что возобновляемые источники использовались еще в прошлом, но вопросу экологической безопасности их применения, тогда уделялось мало внимания, т. к. считалось, что они являются экологически чистыми.
Основной целью данной статьи является изучения экологических аспектов применения возобновляемых источников энергии на окружающею среду.
Солнечная энергия
Солнце в целом является одним из наиболее чистых в экологическом отношении видов энергии. Однако известно, что потенциальный вред от солнечной энергетики на окружающею среду может наблюдаться при производстве и захоронений (или утилизации) отходов. Источником загрязнения окружающей среды является заводы производящие полупроводниковые материалы солнечных элементов, а не солнечная энергия, которая является «чистой». Кроме того, в то время как использование солнечной энергии не загрязняет среду, то изготовление определенных типов солнечных устройств вполне может.
Серьёзных претензий к солнечным водонагревательным и отопительным установкам у экологов нет, к тому же они маломасштабные. Могут быть проблемы при вытекании антифризов из 2-х, 3-х контурных систем. Касательно солнечных электростанций (СЭС), солнечных электроцентралей (СЭЦ) и солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС), то условно экологически чистой можно назвать лишь их эксплуатацию.
Кремний является стабильным материалом и по существу не представляет опасности для окружающей среды. В производстве кремниевых солнечных элементов вредные вещества выделяются также как и в электронной промышленности, в целом и в этих случаях мониторинг и контроль, как на заводах, так и в окружающей среде осуществляется постоянно [1].
При производстве солнечных элементов на основе диселенида меди и индия, а также теллурида кадмия потенциальный вред может иметь место из-за использования селенида и кадмия. В таблице 1 приведены данные по эмиссии различных вредных веществ и соединений при производстве, солнечных элементов и модулей.
Наиболее перспективным направлением использования солнечной энергии является ее использование в солнечных системах теплоснабжения.
Эмиссия вредных веществ при производстве ииспользовании солнечных элементов имодулей*
Материал
Эмиссия при производстве
Эмиссия при использовании
Захоронение
(утилизация)
Селенид водорода, Окись кадмия,
(если не утилизируется)
Окись кадмия, Кадмиевая пыль,
(если не утилизируется)
*Источник: Ахмедов Х. М., Каримов Х. С. Солнечная электроэлектричество. Душанбе, Дониш, 2007, с.145.
Энергия ветра
При использовании ветроэлектрических установок (ВЭУ) вредных выбросов в атмосферу не происходит, однако реально работающие ВЭУ позволили обнаружить ряд отрицательных явлений:
‒ Вред, наносимый птицам и животным;
‒ Создание механического и аэродинамического шумов и мощных инфразвуковых колебаний;
‒ Помехи для воздушного сообщения и для радио- и телевещания.
При близком расположении к населенным пунктам у людей возникает болезни сердца, звон в ушах, головокружение, мигрень. Создаваемый ветротурбинами инфразвук вызывает вибрацию костей.
В таблице 2 для сравнения приведены уровни шумов от различных источников.
Сравнительная оценка шума от различных источников*
Вид деятельности
Уровень звукового давления, дБа
Реактивный самолет на расстоянии 250 м
Шум в оживленном офисе
Автомобиль, движущийся со скоростью 64 км/ч (расстояние 100 м)
Ветровая электростанция (10 турбин) (расстояние 350 м)
Болевой порог человеческого слуха
*Источник: Успехи в химии и химической технологии. Т. XXV, 2011, № 11, с.31.
По оценкам годовая смертность птиц от столкновения с ВЭС равна 0,0285 млн. особей [2].
Энергия биомассы
Производство электроэнергии из биомассы считается наиболее экологически безопасной отраслью энергетики, так как она способствует снижению загрязнения окружающей среды всевозможными отходами (животноводческими, бытовыми, лесной и деревообрабатывающей промышленности и т. д.).
Вместе с тем при ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол возникает значительное количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), существенно загрязняющих окружающую среду [3]. Например, при производстве одного литра этанола образуется 13 литров жидких отходов [4]. Кроме того, происходит тепловое загрязнение, обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв [5].
Использование в качестве топлива для автомобилей биоэтанола повлечет за собой рост объемов выбрасываемого в атмосферу углекислого газа, а также приведет к увеличению площадей вырубаемого леса.
С ростом потребности стран в биотопливе вырастет и площадь полей, используемых для посева кукурузы и тростника, что приведет к вырубке леса. Уменьшающиеся лесные массивы, в свою очередь, будут перерабатывать в кислород меньшие объемы углекислого газа.
Переход предприятия на биогаз связан с некоторыми аспектами, положительно влияющими на экологию:
‒ Переработка биомассы в биогаз — экологичный способ переработки органических отходов;
‒ Получение биогаза и использование его вместо природного газа избавляет от необходимости использовать дорогостоящий невозобновляемый ресурс;
‒ Переработка органических отходов даёт (в зависимости от характера перерабатываемого сырья) кормовые добавки или эффективные биоудобрения;
‒ Антропогенная нагрузка на экосистемы снижается;
‒ Предприятие эффективно использует возобновляемые ресурсы.
Гидроэнергия
Гидроэлектростанции (ГЭС) используют возобновляемую энергию падающего потока воды, которая потом преобразуется в электрическую.
Основные экологические проблемы ГЭС связаны с созданием водохранилищ и затоплением значительных площадей плодородных земель.
В результате повышения уровня воды происходит подтопление прилегающих к водохранилищам территорий, заболачивание, дополнительное выведение из сельскохозяйственного оборота земель. Особенно эти проблемы характерны для равнинных рек.
В горных районах воздействия на окружающую среду ГЭС значительно меньше, где водохранилища обычно занимают небольшие территории. В некоторых странах с горным рельефом значительную часть энергии получают за счет гидроэнергетики (в Таджикистане ГЭС обеспечивают более 90 % электроэнергии).
Безопасность гидротехнических сооружений определяется не только наведенной сейсмичностью, но и просчетами в проектировании, а также воздействием стихии [6].
Геотермальная энергия
Основное негативное воздействие на окружающею среду геотермальные установки оказывают в период разработки месторождения, строительства водопроводов и зданий, но оно обычно ограничено ареалом месторождения. Одно из неблагоприятных проявлений- загрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин.
Экологические и социальные последствия, связанные с геотермальной энергией, как правило, зависят от конкретного места и конкретной технологии. По большей части их можно устранить или смягчить и минимизировать негативные экологические воздействия.
Серьезной проблемой может стать необходимость отчуждения больших земельных площадей. К примеру, в Долине гейзеров (США) дебит каждой скважины обеспечивает в среднем 7 МВт полезной мощности. Для работы станции мощностью 1000 МВт требуется 150 скважин, которые занимают территорию более 19 км.
Высокая сейсмическая активность является одним из признаков близости геотермальных месторождений, и он используется в поисках ресурсов.
На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем токсичных газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ТЭС, и они имеют другой химический состав. В водяном паре, добываемом из геотермальных скважин часто, содержатся газовые примеси, состоящие на 80 % из двуокиси углерода и содержащие небольшие доли метана, водорода, азота, аммиака и сероводорода. Как видно, СО2 является основным парниковым газом при выбросах из геотермальных источников. Прямые выбросы СО2, при этом лежат в пределах от 4 до 740 грамм на 1 кВт-ч произведенной энергии в зависимости от технологии, применяемой при разработке геотермы и физико- химических характеристик термальной жидкости, находящейся в подземном резервуаре.
Потребность ГеоТЭС в охлаждающей воде (на 1 кВт-ч электроэнергии) в 4–5 раз выше, чем ТЭС, из-за более низкого КПД. В ранних проектах отработанная геотермальная вода сбрасывалась в ближайший водоём и, если она содержала различные соли, в том числе и тяжелых металлов, происходило, кроме теплового и химическое загрязнение водоёмов. Проблема снята обратной закачкой отработанной воды в пласт. Современные проекты геотермальных установок в обязательном порядке содержат обратную закачку. Однако применение технологии с гидроразрывом пласта зачастую приводит к порче подземных вод, просадкам грунта и может спровоцировать землетрясения.
Кроме рассмотренных воздействий геотермальной энергетики, возможны другие негативные проявления:
‒ изменение уровня грунтовых вод, заболачивание;
‒ выброс отравленных вод и конденсата, загрязненных в небольших количествах аммиаком, ртутью, кремнеземом;
‒ загрязнение подземных вод и водоносных слоев, засоление почв;
‒ выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.
Экологические параметры работы электростанций*
электростанции
Объем выбросов ватмосферу, м 3 /МВт-Ч
Расход
свежей
воды,
м 3 /МВт-Ч
Сброс
сточных
м 3 /МВт-Ч
Объем
твердых
отходов,
кг/МВт-Ч
Изъятие
земель,
га/МВт-Ч
Затраты на охрану природы,% общих затрат
Экологическая оценка использования возобновляемых источников энергии
Россия имеет огромный потенциал и обширную базу для развития возобновляемой энергетики
В современном индустриальном обществе (и в условиях безудержного роста потребления товаров, имеющих намеренно укороченный срок использования) энергетика является масштабным загрязнителем природы.
На текущем этапе развития науки и техники каждый сегмент мирового энергетического хозяйства оказывает деструктивное влияние на окружающий мир. В полной мере это касается и сферы возобновляемых источников энергии (ВИЭ), поскольку абсолютно «чистых» энергоносителей и ВИЭ-устройств пока не существует, хотя бы по той причине, что объекты возобновляемой энергетики в любом случае изменяют естественный ход энерго- и массообмена биосферы.
При этом экологические ВИЭ-факторы, прямые и косвенные, отличаются широким разнообразием и силой воздействия. Они возникают как на этапах строительства, производства, эксплуатации и утилизации ВИЭ-оборудования, так и в технологической цепочке применения «зеленых» энергоносителей, причем иногда скрытно и с непредсказуемыми последствиями в длительной перспективе.
Например, строительство плотин ГЭС может приводить к снижению уровня жизни населения, деградации экосистем и рыбных ресурсов, причем в долгосрочной перспективе [1].
Ветровая энергетика может являться источником негативного воздействия для птиц, летучих мышей, водных обитателей и человека, создавать радиочастотные помехи. Геотермальная энергетика потенциально опасна с точки зрения возникновения оползней и провалов почвы, а также землетрясений.
Применение силовых ВИЭ-устройств неразрывно сопряжено с использованием накопителей энергии (химических, тепловых, электрических, механических, вырабатывающих промежуточные типы энергоносителей, например водород и т.д.), которые также загрязняют окружающую природу.
В сегменте биомассы экологическая нагрузка возникает уже на этапе получения сырья (в ходе сельскохозяйственных работ, в результате использования ГМ-растений, вырубки лесов с целью расширения посевных площадей и т.д.), при производстве соответствующего промышленного оборудования, функционировании и утилизации ВИЭ-установок (выбросы и отходы различных видов), в процессе выпуска биотоплива, а также эксплуатации транспортных средств, применяющих био- или смешанное топливо (увеличивается вероятность сокращения технического ресурса двигателя, возникает необходимость применения специального автомобильного оборудования, внедрения новых видов смазочных материалов и т.д.). Однако следует отметить, что при выращивании биомассы происходит активное поглощение СО2 из атмосферы в результате реакции фотосинтеза, поэтому с точки зрения баланса (разницы между суммарным поглощением и суммарными выбросами СО2) эмиссии «парниковых» газов в течение всего жизненного цикла данный сектор ВИЭ является нетто-абсорбентом двуокиси углерода [2].
В мире экологический аспект использования ВИЭ начали активно изучать несколько десятилетий назад, в том числе СССР. В настоящее время обширная база данных накоплена в США; в ЕС соответствующей обобщенной статистической информации за длительный период наблюдения отсутствует ввиду относительной «новизны» вопроса [3].
Как возобновляемая энергетика начала завоевывать современный мир?
Запрос на расширение использования ВИЭ сформировался еще во второй половине XX века, когда трансформация нефтяного рынка, создание нефтяного картеля ОПЕК и последующие нефтяной и экономический кризисы 1970‑х годов вскрыли уязвимость экономики западных государств — импортеров углеводородов от внешних поставок сырья. Перед соответствующими национальными правительствами остро обозначились задачи не только по поиску путей снижения энергопотребления и оптимизации импорта ископаемого топлива, но и возможностей применения альтернативных видов энергоносителей [4].
В конце 70‑х годов ученые СССР констатировали: «Серьезность стремлений ведущих капиталистических стран к широкому поиску самых разнообразных вариантов удовлетворения энергетических потребностей в будущем подтверждается масштабами проводимых работ, быстрым накоплением новых результатов исследований и разработкой все более отдаленных по ожидаемым датам освоения проектов» [5].
В 2000‑х годах страны ОЭСР, уже обладая достаточным объемом знаний и капитала, взяли курс на новый технологический уклад и обозначили инновационную цель — создание низкоуглеродной экономики на базе новейших достижений науки и техники. В итоге возобновляемая энергетика, сферы энергоэффективности, энергосбережения, а также сектор сбора СО2 получили статус экономических «моторов», новых «точек» роста и масштабную государственную поддержку.
В то же время надо понимать, что к решениям и технологиям, предлагающим пути снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду (и теорию «парникового» эффекта в качестве аргумента), традиционно примешиваются политика и интерес капитала, предполагающий максимальное извлечение прибыли. Это вносит свои коррективы в качественное и количественное наполнение корзины сопутствующих экологических ВИЭ-рисков, причем абсолютно полными и объективными соответствующими данными общество пока не располагает.
До дальнейшего рассмотрения данной проблематики целесообразно обозначить масштаб вовлечения возобновляемых ресурсов в деловой оборот и основные области использования ВИЭ.
Итак, в начале второго десятилетия наступившего века ВИЭ-установки укоренились на всех «этажах» мирового хозяйства (от микро- до макроуровня) и в ряде экономик, потеснив углеводородные энергоносители (а в ФРГ и атомную энергию), получили широкое применение в производстве электрической и тепловой энергии, а также на транспорте, флоте и в авиации.
В 2001 году в структуре глобального энергопотребления доля ВИЭ (без учета крупных ГЭС) оценивалась в 0,5%, а к началу второго десятилетия данный показатель приблизился к 1,6% (с учетом крупных ГЭС — 8,1%). Это в абсолютном выражении составило весьма ощутимую величину – 195 миллионов т.н.э. (986,3 миллиона т.н.э.). Для сравнения, в 2011 году суммарное потребление первичной энергии (всех видов энергоносителей) в Великобритании находилось на уровне 198 миллионов, Италии — 168 миллионов, Испании — 146 миллионов т.н.э [6].
В глобальном масштабе проявились страны, в которых без использования ВИЭ экономическая деятельность стала затруднительной и даже невозможной. Например, Норвегия зависит от ВИЭ на 65%, Бразилия — на 39%, Канада — на 27%, Дания, Испания и Германия — на 18, 13 и 9% соответственно [7].
В докризисный 2007 год в мировом производстве электроэнергии на долю ВИЭ приходилось около 18%, при этом основным источником являлась энергия воды (ГЭС) — 86,8% [8].
Необходимо подчеркнуть, что приведенные данные базируются на официальных статистических данных, полученных по методикам, предполагающим наличие определенной погрешности; в мире реальный объем использования ВИЭ (например, с учетом сжигания дров) не поддается точному учету.
Вернемся к экологическому аспекту ВИЭ
Для обобщенной оценки прямого и косвенного влияния на окружающую среду и в качестве грубого инструмента сравнения недостатков и достоинств объектов возобновляемой энергетики могут быть использованы различные критерии оценки, например такие, как:
— влияние на земельные ресурсы;
— воздействие на животный и растительный мир;
— влияние на человека;
— влияние на водные ресурсы.
В связи с доктриной «чистого» развития общепринятыми являются также показатели, оценивающие эмиссию «парниковых» газов в СО2-эквиваленте, образующихся во время всего жизненного цикла ВИЭ-оборудования [9].
Рассмотрим основные параметры, характеризующие степень влияния различных видов ВИЭ на окружающую среду и по возможности сопоставим их с показателями для углеводородных энергоносителей.
Энергия ветра широко используется в производстве электрической энергии. В глобальном масштабе она обладает значительным техническим ресурсом, высокой степенью доступности и постоянства, а также относительной дешевизной. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) могут располагаться как на суше, так и в прибрежных водах на морском шельфе. Перечисленные достоинства позволяют энергии ветра конкурировать с ископаемым топливом; в 2011 году в структуре производства электроэнергии ЕС на долю данного энергоносителя приходилось более 6% [10].
При наземном расположении оборудования напрямую задействуется небольшой участок суши в виде круга площадью 5—10 диаметров ветрового колеса ВЭУ, а кабельное хозяйство прокладывается под землей. Согласно исследованию National Renewable Energy Laboratory (США), общий размер земельного участка находится в пределах от 12—57 га из расчета на 1 МВт проектной мощности установки, при этом постоянно занятой является лишь его небольшая часть — не менее 0,4 га/МВт, а 1,5 га/МВт — временно (в основном — при строительстве) [11].
Таким образом, основная территория вокруг башни ВЭУ может быть задействована для других нужд, например строительства нежилых и инфраструктурных объектов, выпаса домашнего скота и т. д. Кроме того, ВЭУ могут размещаться на землях, непригодных для земледелия или иных хозяйственных нужд, а также в промышленных зонах, что существенно повышает привлекательность данного вида ВИЭ с точки зрения использования земельного ресурса.
ВЭУ, размещенные на поверхности моря, занимают более обширную площадь, чем наземные установки, поскольку имеют значительные габариты и кабельное хозяйство, проложенное по морскому дну. Они могут создавать трудности для судоходства, рыболовства, туризма, добычи песка, гравия, нефти и газа.
ВЭУ оказывают влияние на живую природу, в первую очередь на птиц, которые гибнут как при непосредственном столкновении с ветротурбинами, так и вследствие разрушения среды обитания из-за искусственного изменения природных потоков воздушных масс (конец лопасти ветроколеса может перемещаться с линейной скоростью около 300 км/ч).
В США влияние ветроустановок на среду обитания птиц и летучих мышей непрерывно изучается. По данным National Wind Coordinating Committee (NWCC), в год погибает 11,7 особей птиц и 43,2 летучих мышей из расчета на 1 МВт установленной мощности ВЭУ, при этом специалисты полагают, что это не представляет опасности для видовых популяций [12].
Сокращению смертности пернатых и летучих мышей способствуют оптимальный выбор места размещения оборудования, технические решения (например, полная остановка ВЭУ при скорости ветра ниже определенного уровня, отключение ВЭУ в период миграции птиц и т. д.), а также учет иных локальных условий, выявленных в процессе эксплуатации подобного оборудования.
ВЭУ морского базирования также приводят к гибели птиц, однако в меньшей степени по сравнению с наземными комплексами. К основному негативному влиянию ВЭУ данного типа относят возможное снижение популяции морских обитателей и создание искусственных препятствий (рифов).
На человека ВЭУ может оказывать вредное воздействие как источник высокочастотного и низкочастотного излучения, путем визуального влияния (эффект мерцания, нарушение красоты природного ландшафта — появление новых «достопримечательностей» и т. д.), в случае падения фермы или механического разрушения ВЭУ. Кроме того, несчастные случаи могут происходить в процессе технического обслуживания и ремонта оборудования, при столкновении с ВЭУ летательных аппаратов. Степень влияния перечисленных факторов во многом зависит от конструкции ветроустановки, места ее расположения, производственной дисциплины и полноты выполнения надлежащих организационных мероприятий. Считается, что при соблюдении всех требований, негативное воздействие ВЭУ на человека минимально [13].
Влияние ВЭУ на водные ресурсы незначительно. Вода используется лишь в процессе производства комплектующих установки и при строительстве цементного основания ветротурбины.
Энергия Солнца обладает огромным ресурсом и может применяться в производстве тепловой энергии (солнечные коллекторы и т. д.) и электрической энергии (фотогальванические установки, солнечные концентраторы, геомембранные станции и т. д.); степень влияния на окружающую среду в значительной мере зависит от конструкции и мощности солнечного оборудования.
Площадь земной поверхности, используемая системами, работающими на базе солнечной энергии, определяется типом установки. Станции малой мощности могут минимизировать эту нагрузку и располагаться на крышах зданий или интегрироваться в различные элементы строений (стены, окна и т. д.), а промышленные установки могут задействовать обширную территорию. Данный показатель для фотогальванических установок (ФГУ) лежит в пределах 1,5—4 га/МВт, солнечных концентраторов — 1,5—6 га/МВт.
Существуют проекты солнечных концентраторов, занимающих значительную площадь земной поверхности (сопоставимой с аналогичным показателем для ТЭЦ и АЭС). Однако элементы могут размещаться на территориях, непригодных для выращивания сельскохозяйственных культур, вдоль инфраструктурных объектов, на полигонах захоронения бытовых отходов или иных площадях с целью снижения воздействия на флору, фауну и человека [15].
В процессе эксплуатации воздействие на водные ресурсы со стороны ФГУ минимально; вода используется лишь в процессе производства компонентов солнечной батареи. Однако конструкция солнечных коллекторов предполагает использование воды в качестве теплоносителя, а в некоторых типах солнечных концентраторов расход воды (для охлаждения системы) может достигать 2,5 тысяч л/МВт- ч.
Негативное влияние на человека определяется в основном процессом изготовлений кремниевых элементов ФГУ, при котором возможен контакт с вредными и токсичными веществами (соляная, серная и азотная кислоты, ацетон, фтористый водород, арсенид галлия, теллурид кадмия, медно-индиевый или медно-галлиевый диселенид и др.). В производстве тонкопленочных модулей используется меньший объем вредных веществ, тем не менее оно также требует строгого соблюдения мер безопасности.
Объем выбросов СО2 для ФГУ составляет 36—80 г/кВт-ч, солнечных концентраторов — 36—90 г/кВт-ч.
Геотермальная энергия, извлекаемая из глубин земли (от 200 метров до 10 километров), может использоваться для производства электрической и/или тепловой энергии, а также холода и пара как путем преобразования (с использованием паровых турбин), так и напрямую (закачиванием скважинной жидкости в системы зданий). По состоянию на начало 2010 года в мире суммарная мощность геотермальных станций, вырабатывающих электроэнергию, составила примерно 11 ГВт, тепловую энергию — около 51 ГВт [16].
Станции этого типа создаются как в регионах, мало пригодных для земледелия, так и в природоохранных зонах. Они могут занимать достаточно обширную территорию, например крупнейший в мире геотермальный комплекс The Geysers (США) располагается на площади более чем 112 квадратных километров, что соотносится с удельным показателем площади на единицу мощности в 15 га/МВт (эл.) [17].
В горных районах планеты бурение скважин и использование технологий, сходных с гидроразрывом пласта, могут провоцировать землетрясения, а забор теплоносителя из природных подземных резервуаров — вызывать оползни и провалы грунта (поэтому, как правило, он закачивается обратно в пласт). В целом влияние геотермальной установки на животный, растительный мир и человека находится в прямой зависимости от конструкции системы, типа энергоносителя, принятых мер безопасности и других факторов и, несмотря на указанные недостатки, находится на достаточно низком уровне.
В водяном контуре охлаждения подобного оборудования расход чистой воды может варьироваться в пределах 6—19 тысяч л/МВт-ч, при этом некоторые типы станций могут обходиться без забора воды из внешнего источника путем использования скважинной жидкости [18].
В целом при данной технологии объем загрязнения оценивается в 90 г/кВт-ч в СО2-эквиваленте, однако для систем с замкнутым рабочим контуром данный показатель ограничивается выбросами, произведенными при изготовлении оборудования.
Биомасса имеет широкое применение в производстве тепловой и электрической энергии, жидкого и газообразного моторного топлива, причем не только для автомобильного транспорта, но и летательных аппаратов, а также судов.
Влияние данного сегмента ВИЭ на земельный ресурс, растительный, животный мир и человека может быть достаточно значительным. Так, например, для расширения посевных площадей технических культур может истребляться лесной фонд, что приводит к сокращению ареала многих видов животных; увеличение площади соответствующих посевов на землях сельскохозяйственного назначения обостряет конфликт с продовольственным сектором.
В то же время в мире образуется значительное число биологических отходов, переработка которых способствует очищению окружающей среды.
Традиционно биомасса (древесные отходы и уголь, солома, некоторые виды отходов сельского хозяйства и животноводства, твердые бытовые отходы и т. д.) используется путем сжигания. В этом случае по степени воздействия на окружающую среду она сходна с углеводородными энергоносителями, однако при этом ее преимуществом является возобновляемость.
Развитие современных технологий идет в направлении создания методов производства биотоплива второго и последующих поколений (метанола, этанола, биодизельного и синтетического топлива, реактивного топлива, биометана, водорода и т. д.) путем пиролиза, газификации, биологической и химической переработки, гидрирования и т. д., позволяющих эффективно перерабатывать все виды биологического сырья, в первую очередь — лигноцеллюлозу. Внедрение соответствующих промышленных решений (в ЕС это намечено на период после 2015 года) позволит вывести отрасль на качественно новый уровень и смягчить ее влияние на сельское хозяйство и продовольственный сектор. В долгосрочной перспективе предполагается неуклонное наращивание выпуска биоэтанола и биотоплива, причем их стоимость также будет расти (ожидается, что к 2021 году на глобальном рынке цена биодизельного топлива в номинальном выражении стабилизируется вблизи отметки 1,4 доллара за 1 литр, биоэтанола — 0,7 доллара за 1 литр) [19].
Воздействие сектора биомассы на водные ресурсы может быть весьма значительным (в зависимости от региона), поскольку для повышения урожайности технических культур требуется определенное количество влаги [20].
Кроме того, загрязнение поверхностных вод региона может происходить вследствие применения удобрений и пестицидов.
В секторах производства тепловой и электрической энергии при использовании биотоплива потребление воды чаще всего находится в пределах 1 тысячи — 1,7 тысячи л/МВт-ч, однако для технических нужд в системе охлаждения может быть задействовано гораздо большее количество — до 185 тысяч л/МВт-ч [21].
При использовании биомассы как путем непосредственного сжигания, так и с применением методов ее различных преобразований в промежуточные источники энергии образуются вредные вещества (оксиды углерода, азота, серы т. д.). При этом сравнительный анализ выбросов СО2 относительно углеводородов (газа, угля, нефтепродуктов) показывает, что данный показатель в значительной мере зависит от типов технологии и топлива (в среднем — 18—90 г/кВт-ч) и в некоторых случаях для биомассы он выше, чем для остальных видов энергоносителей.
Энергия воды используется ГЭС различной мощности — от микро ГЭС (несколько кВт) до крупных ГЭС (более 25 МВт), входящих в национальные энергосистемы. Влияние данного вида ВИЭ на земельный ресурс в первую очередь зависит от типа и мощности оборудования, а также рельефа местности и может достигать нескольких сотен гектаров из расчета на 1 MW установленной мощности.
Гидроэлектростанции, особенно крупные, оказывают значительное воздействие на природу и человека; оно достаточно подробно описано во многочисленных научных материалах различных организаций, например WWF [22].
В гидроэнергетике эмиссия «парниковых» газов для малых станций оценивается в 4,5—13,5 г/кВт-ч, для крупных ГЭС — 13—20 г/кВт-ч.
В ряде случаев ГЭС большой мощности могут являться причиной повышенного уровня выбросов двуокиси углерода и метана в результате гниения биомассы, затопленной при создании плотины.
Бездумное преследование цели по расширению доли ВИЭ в расходной части энергобаланса исходя лишь из экономических и политических соображений может обернуться гораздо более тяжелыми последствиями для экологии, а далее по цепочке — экономики в целом, чем использование ископаемого топлива. С другой стороны, нужно понимать, что полновесный учет экологических требований неизбежно приведет к сдерживанию развития энергетики и, как следствие, к новым кризисным явлениям в народном хозяйстве. Поэтому, на наш взгляд, необходимо разумно использовать возможности природы для обеспечения потребностей общества, проводить тщательную оценку и всестороннее исследование воздействия ВИЭ-объектов на окружающую среду и искать пути его ограничения и предотвращения.
В настоящее время страны ОЭСР завершают сорокалетний этап формирования современного облика возобновляемой энергетики. Они накопили соответствующий опыт, выявили перспективные направления развития отрасли и пути ее интеграции в различные секторы (электрическую и тепловую генерацию, систему снабжения жидкими видами топлив и т. д.), а также скорректировали стратегию дальнейшего продвижения ВИЭ на региональных и мировом рынках, в том числе с целью придания нового импульса развитию собственных экономик.
В период после 2015 года, по нашему мнению, в странах ОЭСР ожидается масштабное внедрение ВИЭ-технологий следующих поколений, которые в сочетании с другими достижениями НТП (созданием новых материалов, развитием информационно-коммуникационных технологий, расширением интеллектуальных энергетических сетей, широким внедрением гибридного и электрического привода на транспорте и т. д.) поднимут технологический уровень энергетики на следующую ступень.
В странах объединенной Европы возобновляемая энергетика находится на переднем рубеже процесса трансформации и интеграции энергетического рынка. Реализация масштабных ВИЭ-проектов и создание пан-европейской интеллектуальной энергетической системы призваны не только повысить уровень энергетической безопасности, но и содействовать укреплению единства государств в рамках ЕС.
Россия имеет огромный потенциал и обширную базу для развития возобновляемой энергетики с целью повышения энергоэффективности и снижения энергозатрат во всех сферах экономики, разумной диверсификации энергоснабжения многих категорий потребителей, оздоровления ситуации в секторе ЖКХ, а также усиления деловой активности предприятий малого и среднего бизнеса. Возобновляемая энергетика может стать одним из слагаемых процесса преодоления технологической отсталости России, поскольку позитивно влияет на развитие фундаментальной и отраслевой науки, высокотехнологичного производственного сектора.
Уже в среднесрочной перспективе, на наш взгляд, на отечественном рынке возможна активизация спроса на экономичное энергетическое оборудование различных типов мощности и интеллектуальные системы, позволяющие повысить автономность потребителей и оптимизировать процессы выработки энергии как на базе ВИЭ, так и в сочетании с традиционными энергоносителями.
Иностранный (и в первую очередь западноевропейский) капитал заинтересован в развитии сектора ВИЭ в ряде стран бывшего СССР в силу экономических, экологических и иных причин (ограниченности земельных и водных ресурсов ЕС, особенности регулирования оборота ГМ-культур, необходимости в дополнительных поставках «чистой» энергии, протестов жителей ряда регионов и др.). Для России это расширяет окно возможностей по привлечению активных игроков ВИЭ-рынка.
Приток соответствующих инвестиций и реализацию ВИЭ-проектов на территории РФ необходимо строго увязывать с тщательной проработкой экологической составляющей проектов (на базе опыта и знаний отечественных специалистов), импортом наиболее передовых технологий и оборудования, а также последующей максимальной локализацией производства. Абсорбция ноу-хау, негативно влияющих на окружающую среду и человека, как и пассивная роль «сырьевого придатка» в этом сегменте энергетики являются, по меньшей мере, деструктивными.
Литература
1. WWF. Плотины и развитие. Новая методическая основа для принятия решений: Отчет Всемирной комиссии по плотинам / М., 2009. — С. 65—107.
2. IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. — 2011. — Р. 732.
3. NABU-Bundesverband. Windenergie und Naturschutz. Ein unlosbarer Konflikt? — Berlin, 2012. — S. 5—7.
4. Hans R. Kramer. Die Europaeische Gemeinschaft und die Oelkrise. — Nomos. — Baden-Baden, 1974. – S. 91.
5. Е.М. Примаков, Л.М. Громов, Л.Л. Любимов и др. Новые явления в энергетике капиталистического мира / ИМЭМО РАН СССР, 1979. — С. 204.
6. BP Statistical Review of World Energy. — June 2012. — P. 40.
7. Рассчитано автором по British Petroleum Statistical Review of World Energy, June 2012.
8. IEA. Energy Technology Perspectives 2010. — P. 126.
9. Life-Cycle Global Warming Emissions
10. EWEA. Green Growth. The impact of wind energy on jobs and the economy. — March, 2012. — P. 11.
11. Union of Concerned Scientists. http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/environmental-impacts-wind-power.html
12. National Wind Coordinating Committee (NWCC). Wind turbine interactions with birds, bats, and their habitats: A summary of research results and priority questions. — 2010. — P. 4—5.
13. The potential Heals Impact of Wind Turbines. — Chief Medical Officer of Heals, Report, May 2010.
14. The potential Heals Impact of Wind Turbines / Chief Medical Officer of Heals, Report, May, 2010.
15. US Environmental Protection Agency. Best practices for Sitting Solar Photovoltaics on Municipal Solid Waste Landfills. — February, 2013. — P. 20—22.
16. IPCC. Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, 2011. — Р. 416.
17. The Geysers. — http://www.geysers.com/geothermal.aspx
18. Macknick, et al. 2011. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies. — Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory. — Р. 12.
19. OECD-FAO. Agricultural Outlook 2011—2020. — P. 79.
20. J. C. Clifton-Brown, I. Lewandowski. Water Use Efficiency and Biomass Partitioning of Three Different Miscanthus Genotypes with Limited and Unlimited Water Supply. — April 12, 2000.
21. Macknick, et al. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies / National Renewable Energy Laboratory. — March, 2011. — P. 14.
22. WWF. Плотины и развитие. Новая методическая основа для принятия решений: Отчет Всемирной комиссии по плотинам. — М., 2009.
Игорь Матвеев, заведующий сектором топливно-энергетических ресурсов
