9.3. Природокористування в енергетиці
Енергетика як система включає п'ять щодо незалежних стадій:
видобуток природних паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР);
виробництво перетворених видів енергії та їх транспортування;
Вплив енергетики на довкілля проявляється, по-перше, у вилученні та споживанні природних ресурсів (земельних, водних та ін); по-друге, у дії відходів енергетичного виробництва; по-третє, у фізичному забрудненні середовища (радіаційному, електромагнітному, тепловому).
У процесі освоєння паливно-енергетичних ресурсів відбувається зміна рельєфу, порушення ґрунтового, рослинного покриву, поверхневого та підземного стоку. Тривала експлуатація, наприклад, нафтових родовищ супроводжується опусканням земної поверхні. У Каліфорнії при освоєнні родовища Лонг-Біч величина осідання досягала 8,8 м. В окремих випадках, за наявності в надрах порожнин, можуть відбуватися раптові глибокі осідання, які за характером протікання і ефект, що викликається мало відрізняються від землетрусів. Опускання земної поверхні можуть викликати зсувні явища.
У процесі гірничих робіт у локальних масштабах змінюється розподіл підземних та поверхневих вод, порушується водообмін. Внаслідок збільшення темпів водообміну зменшується концентрація у природних водах мікроелементів. У ряді випадків порушення балансу водних ресурсів призводить до затоплення прилеглих територій, зміни русел річок. Формування відвалів вугільної промисловості площею понад 200 га викликає підйом рівня ґрунтових вод та появу у навколишній місцевості озер та боліт.
В результаті видобутку, наприклад, вугілля водоймища забруднюються стічними водами. Великі обсяги стічних вод пов'язані з високою водообильністю вугільних родовищ, що розробляються: 12 м 3/т – на шахтах Підмосковного басейну, 3 м3/т – Донецького басейну. Стічні води характеризуються підвищеною кислотністю чи лужністю, жорсткістю та мінералізацією. Завдяки наявності мінеральних та органічних забруднюючих речовин вони викликають хімічне забруднення водойм.
Забруднення повітряного середовища відбувається в результаті виділення пилу та газоподібних речовин при відкритому та підземному видобутку корисних копалин (рудничний газ), при вибухових роботах, при експлуатації гірничодобувної техніки, при завантаженні та транспортуванні твердого палива, на териконах, при самозайманні відвалів. У вугледобувних районах повітря потрапляє пил, сірчистий ангідрид, окис вуглецю, сірководень, оксиди азоту та інші сполуки.
Небезпечне для довкілля та транспортування енергоресурсів. При залізничних перевезеннях рідких вуглеводнів найбільшу небезпеку з погляду забруднення природного середовища становить їх здатність до випаровування і витік під час навантаження.
Основною формою впливу нафтопроводів є забруднення нафтою та продуктами її випаровування ґрунтів, водойм та приземного шару атмосфери, а на ділянках багаторічномерзлих ґрунтів – протування ґрунту при всіх видах прокладки трубопроводу, крім надземної, та його експлуатації у разі відсутності теплової ізоляції трубопроводу. При видаленні рослинного покриву глибина протаювання загалом збільшується в 1,5 – 3 разу. При забрудненні нафтопродуктами довкілля навіть через 15 років рослинність відновлюється лише наполовину.
Транспортування рідких вуглеводнів морським шляхом призводить до забруднення водойм нафтою та нафтопродуктами при зливі танкерами баластової води, а також при їх аваріях. Вплив газопроводів на природу менш помітний.
Вплив енергетики надовкілля більшою мірою залежить від виду використовуваних енергоносіїв. Найбільш чистим паливом є природний газ, далі слідує нафта (мазут), кам'яне вугілля, буре вугілля, сланці, торф. При функціонуванні ТЕС, АЕС утворюється, по-перше, велика кількість низькопотенційного тепла, по-друге, значна кількість твердих, рідких та газоподібних відходів. Неминуча теплових викидів обумовлена низьким ККД використання потенційної теплової енергії енергетичних ресурсів, що застосовуються на ТЕС та АЕС: не вище 40 % для ТЕС та 33 % для АЕС.
Кількісний та якісний склад викидів ТЕС в атмосферу залежить від властивостей палива, способу та досконалості технології його спалювання. Властивості палива значною мірою визначаються його хімічним складом, горючою масою та баластом. Основними горючими складовими є вуглеводень, водень та сірка. Вугільні ТЕЦ викидають 1230 т вуглекислого газу на 1 млн кВт/год виробленої енергії, газові – 510 т. Одним із найбільш токсичних газоподібних викидів енергоустановок є сірчистий ангідрид.
Викиди ТЕС відрізняються значною кількістю металів та їх сполук. При перерахунку на смертельні дози в річних викидах ТЕС потужністю 1 млн. кВт міститься алюмінію та його сполук понад 100 млн. доз, заліза – 400 млн. доз, магнію – 1,5 млн. доз. Летальний ефект цих забруднювачів не проявляється лише тому, що вони потрапляють до організмів у незначних кількостях.
Викиди ТЕС є суттєвим джерелом такої сильної канцерогенної речовини, як бензопірен. З його дією пов'язане збільшення онкологічних захворювань. У викидах вугільних ТЕС містяться також оксиди кремнію та алюмінію. Ці абразивні матеріали здатні руйнувати легеневу тканину та викликати таке захворювання, яксилікоз, на який раніше хворіли шахтарі.
Серйозні екологічні проблеми пов'язані із твердими відходами ТЕС – шламами, золою, хвостами вуглезбагачення. Для складування твердих відходів із народногосподарського обороту відчужуються значні території. Якщо сама ТЕС середньої потужності займає 200-300 га, то площа золовідвалу через 10 років експлуатації ТЕС досягає 800-1500 га. Зола та шлаки за складом близькі до металургійних. У відходах вуглезбагачувальних фабрик містяться 55-60% оксиду кремнію, 22-26% оксиду алюмінію, 5-12% оксиду заліза, 0,5-1% оксиду кальцію, 4-4,5% оксиду натрію, 5% вуглецю.
Щороку в атмосферу у вигляді викидів ТЕС надходить близько 250 млн т дрібнодисперсних аерозолів. Останні впливають надходження сонячної радіації до земної поверхні. Вони, будучи ядрами конденсації водяної пари, сприяють формуванню опадів, а потрапляючи до організму людини, викликають респіраторні захворювання.
Вода, що використовується на ТЕС, утворює стічні води, що містять різні хімічні речовини і велику кількість тепла. Ці води зумовлюють теплове та хімічне забруднення водойм та супутню йому зміну (розмноження водоростей, втрата кисню, загибель гідробіонтів, перетворення типових водних екосистем на болотні тощо). Поруч із тепловим забрудненням відбувається шумове, яке поширюється з відривом 3 – 4 км від ТЭС.
Є дані, що теплові електростанції у 2 – 4 рази сильніше забруднюють середовище радіоактивними речовинами, ніж АЕС такої потужності.
Вплив АЕС на довкілля проявляється у наступному:
Руйнування екосистем у місцях видобутку руд (особливо відкритим способом).
Вилучення земель під будівництво АЕС, особливо під будівництво споруд для подачі,відведення та охолодження підігрітих вод. Для електростанцій потужністю 1 тис. МВт потрібно ставок-охолоджувач площею близько 800 - 900 га.
Вилучення значних обсягів вод із різних джерел та скидання підігрітих вод. Вироблення одного млн. кВт електроенергії на ТЕС дає 1,5 км 3 підігрітих вод, на АЕС такої ж потужності - 3 - 3,5 км 3 .
Радіоактивне забруднення природних компонентів у процесі видобутку та транспортування сировини, при роботі АЕС, складуванні та переробці відходів, їх похованні. У процесі ядерних реакцій використовують 0,5 – 1,5 % ядерного палива. Ядерний реактор потужністю 1000 МВт протягом року роботи дає близько 60 т радіоактивних відходів. У природне середовище надходить Cs 134, Cs 137, Sr 90, Sr 89, I 31, Co 60, Co 58, Mn 54 та ін.
Найбільш небезпечні за впливом на живі організми близькі за хімічними властивостями з калієм і кальцієм цезій 137 і стронцій 90. Ці радіонукліди викликають генетичні зміни у клітинах живих організмів та людини. У Білорусі внаслідок вибуху на Чорнобильській АЕС поширені люди ракові захворювання різних органів. Накопичення радіонуклідів сприяє дисбаланс у харчуванні, тобто дефіцит білка тваринного походження, вітамінів А, С, В, солей кальцію та заліза. У зв'язку з цим велике значення набуває повноцінного білково-вітамінного харчування для осіб, які зазнали радіоактивного забруднення.
Гідроенергетика не надає глобального впливу стан повітряного басейну, але будівництво ГЕС має різноманітні екологічні наслідки.
Енергія, що виробляється на електростанціях, передається по лініях електропередач. Джерелами впливу на довкілля повітряних ліній є: електричні дроти, опори, підстанції та відкриті розподільні пристрої.
За характеромвпливу на довкілля вплив високовольтних ліній доцільно ділити на механічне та специфічне – електромагнітне. Одночасно відбувається хімічне забруднення повітря продуктами, які виникають при коронних розрядах (витікання газу), і навіть шумове. Високі дози електромагнітного випромінювання негативно впливають насамперед на нервову та кровоносну систему людини, призводять до серцево-судинних захворювань. Шум, що генерується лініями електропередач, порушує частоту радіопередач та різних видів зв'язку, а також несприятливо впливає на людину. Рівні шуму у 140 – 150 дБ викликали у людей головний біль, кашель, порушення зору, стомлення. Ефекти акустичного впливу на людину аналогічні до впливу, що викликається електричним полем на підстанціях 500 кВ і вище.
Для вирішення екологічних проблем в енергетиці доцільно:
використання та вдосконалення очисних пристроїв, наприклад фільтрів;
економія електроенергії, наприклад, рахунок зниження енергоємності продукції. Наприклад, у США на одиницю одержуваної продукції витрачалося в середньому в 2 рази менше енергії, ніж у колишньому СРСР. Перспективним є енергозбереження за рахунок зменшення металоємності продукції, підвищення її якості, збільшення тривалості життя виробів. Економія енергії у побуті та на виробництві можлива за рахунок удосконалення ізоляційних властивостей будівель. Наприклад, економію дає заміна ламп розжарювання з ККД близько 5 % флуоресцентними, ККД яких у кілька разів вищий. Вкрай марнотратне використання електричної енергії для отримання тепла. Виробництво електроенергії на ТЕС пов'язані з втратою приблизно 60 – 65 % теплової енергії, на АЕС – щонайменше 70 % енергії. Енергія втрачається під час передачі її по проводах на відстань. Тому прямеспалювання палива для отримання тепла, особливо газу, набагато раціональніше, ніж через перетворення його на електрику, а потім знову на тепло. Помітно підвищується також ККД палива під час використання замість ТЭС на ТЕЦ;
зменшення впливу ліній електропередач на довкілля розробляються організаційно-технічні заходи, створені задля обмеження часу перебування людей у зоні електромагнітного поля (перша мета) і обмеження напруженості поля (друга мета). Першої мети служать різні норми напруженості, що розробляються для конкретних просторових та тимчасових умов впливу електромагнітного поля на людину. Для вирішення другого завдання до рівнів, що допускаються, застосовуються спеціальні заземлені екрани: металеві навіси, перегородки для відкритих розподільних пристроїв, металеві троси біозахисту, натягнуті на заземлені стійки; а також використовується екрануючий ефект, який має деревно-чагарниковий масив;
найбільш радикальним способом боротьби з шумом є акустичне вдосконалення самого джерела шуму, встановлення акустичних уловлювачів;
використання альтернативних джерел енергії: сонячної, приливної, вітрової та ін. Наприклад, відомо два шляхи перетворення сонячної енергії на електричну. Перший шлях пов'язаний з використанням фотоелементів для індукування електричного струму із сонячної енергії без будь-яких додаткових пристроїв. Другий шлях перетворення сонячної енергії пов'язаний з перетворенням води в пару, який приводить в рух турбогенератори.
У районах із інтенсивним рухом повітря для отримання електричної енергії може використовуватися вітер. У США, наприклад, споруджено вітроелектростанцію на базі об'єднання великої кількості дрібних вітротурбінпотужністю близько 1500 МВт (приблизно 1,5 АЕС). Крім невичерпності ресурсу та високої екологічності виробництва, до переваг вітротурбін відноситься невисока вартість одержуваної на них енергії. Вона тут у 2 – 3 рази нижча, ніж на ТЕС та АЕС.