ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ENVIRONMENTAL IMPACT OF POWER PLANTS USING RENEWABLE ENERGY SOURCES

Zhaslan Maykanov

master's student, Department of Chemistry, Ecology and Methods of Teaching Chemistry, Naturally - Faculty of Technology, South Ural State Humanitarian and Pedagogical University,

Russia, Chelyabinsk

Andrey Sutyagin

scientific supervisor, candidate of chemical sciences, associate professor Department of Chemistry, Ecology and Methods of Teaching Chemistry, Naturally - Faculty of Technology, South Ural State Humanitarian and Pedagogical University,

Russia, Chelyabinsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена необходимость более детального изучения последствий использования возобновляемых источников энергии. Планирование внедрения экологически чистых источников в будущем.

ABSTRACT

The article discusses the need for a more detailed study of the consequences of using renewable energy sources. Planning for future implementation of sustainable sources.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, энергетический сектор, декарбонизация, окружающая среда.

Keywords: renewable energy sources, energy sector, decarbonization, environment.

Вторжение человека в природную энергетическую и экологическую системы Земли имеет широкий спектр последствий, варьируясь от незначительных до разрушительных. В то время как общепризнано выгодной считается переход на возобновляемые источники, истинность этого утверждения относительна. Подобные источники, безусловно, имеют потенциал быть экологически чистыми, однако не все из них в равной степени безвредны. В противовес распространённому мнению, немало возобновляемых энергоресурсов всё же имеют минусы. Несмотря на это, преимущества перехода на них, в большинстве случаев, очевидны, особенно учитывая их роль в сохранении окружающей среды. От перспективности замены экологически вредных источников целиком зависит будущее человечества, по мнению множества исследователей. Устойчивость человеческого общества, таким образом, ставится в прямую зависимость от его способности адаптироваться к использованию источников энергии, которые не вредят природному балансу.

Наличие энергии – необходимое условия для развития и поддержания человеческой цивилизации. Большая часть энергетики приходится на углеводородные запасы. Их доля в производстве энергии составляет приблизительно 90%, что подчеркивает их критическую роль в обеспечении необходимых условий для нашего существования.

В области производства энергии существуют различные методологии, преимущественно классифицируемые в четверичную систему:

- использование органических ископаемых (углеводородов)

- гидроэнергетика

- энергия атома

- альтернативная энергетика

В понятие альтернативная энергетика входят четыре основных составляющих:

- возобновляемые источники энергии – солнечная, ветровая, геотермальная и гидравлическая, биомасса, низко-потенциальное тепло земли, воды, воздуха;

- вторичные ВИЭ – твердые бытовые отходы, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции;

- нетрадиционные технологии использования не возобновляемых и возобновляемых источников энергии – водородная энергетика, микроуголь, турбины в малой энергетике, газификация и пиролиз, каталитические методы сжигания и переработки органического топлива, синтетическое топливо;

- энергетические установки – тепловой насос, машина Стирлинга, вихревая трубка, гидропаровая турбина и установки прямого преобразования энергии.

Ввиду их экологической безопасности, излучение солнца, ветер, геотермальная энергия и сила земного притяжения классифицируются как идеальные источники энергии. Тем не менее, текущий уровень КПД не позволяет им вытеснить традиционные аналоги. Большие перспективы отводятся генераторам солнечной энергии, особенно при усовершенствовании трансформации солнечных лучей в электричество, что будет актуально для любых географических широт и климатических условий. Стоит подчеркнуть, что такая оптимизация эффективности уже дает о себе знать на современном этапе.

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 [1, 3].

Несмотря на широко распространённое убеждение, что альтернативные источники энергии благоприятствуют экологии, сфера использования биотоплива и мощности гидроаккумулирующих систем требует более глубокого осмысления. Исследования последствий для биосферы от вмешательства человека, ведущего к дисбалансу экосистем, являются неполными. Доподлинно установлено, что любые человеческие попытки модифицировать природные процессы могут привести к ситуациям, чреватым негативными результатами. С последствиями же использования рек для строительства гидроэлектростанций человечество знакомо достаточно хорошо [4].

Традиционные источники энергии, такие как уголь, нефть и природный газ, также известные как ископаемое топливо, в течение последних нескольких столетий исследовались и использовались для производства электроэнергии на электростанциях. Наиболее важным преимуществом этих источников энергии является то, что они имеют высокую плотность энергии. Однако при использовании они выделяют углерод и другие парниковые газы. Мировой спрос на энергию растет с каждым годом, и прогнозируется, что к 2040 году спрос на энергию увеличится на 56% по сравнению с уровнем 2010 года. Чтобы сократить выбросы углекислого газа и бороться с глобальным потеплением, необходимо сократить потребление ископаемого топлива и увеличить использование более доступных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетическом секторе. ВИЭ часто считаются безэмиссионными и экологически чистыми источниками энергии. Хотя ВИЭ намного лучше, чем ископаемое топливо, исследования показывают, что они могут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Если вся идея внедрения ВИЭ заключается в сохранении окружающей среды, то неправильное обращение с ними может привести к обратному результату. В литературе опубликовано множество исследовательских статей, в которых обсуждается негативное воздействие некоторых конкретных ВИЭ на окружающую среду [2]. Однако исследований, посвященных всем ВИЭ и демонстрирующих их потенциальное воздействие на окружающую среду, не хватает.

С приходом промышленной революции количество парниковых газов в атмосфере начало расти. За последнее столетие глобальная температура повысилась из-за выбросов парниковых газов. В настоящее время на Земле с течением времени становится все теплее. Экстенсивное использование ископаемого топлива является одной из основных причин глобального потепления [5]. Углекислый газ (CO ₂) и другие парниковые газы выбрасываются в окружающую среду электростанциями, работающими на ископаемом топливе. Около 35% парниковых газов выбрасываются в атмосферу действующими электростанциями. Исследование показывает, что примерно 42% NO₂ и 38% SO ₂ были выброшены угольными электростанциями в Китае в 2015 году. Около 40% общего количества парниковых газов было произведено на угольных электростанциях. Эти газы ответственны за удержание тепла в атмосфере, что повышает глобальную температуру. Крайне важно признать, что наша планета станет менее пригодной для жизни, если температура продолжит расти такими же темпами. Повышенная температура тает ледниковый лед, что увеличивает высоту уровня моря. Многие острова, а также части многих стран затонут, а во многих засушливых регионах произойдут катастрофические засухи и пожары. Чтобы смягчить эти проблемы, необходима быстрая декарбонизация энергетического сектора для достижения цели потепления на 2 °C, обсуждаемой в Парижских соглашениях. Кроме того, внедряется использование альтернативных источников энергии. До 2050 года в сектор возобновляемой и устойчивой энергетики потребуются ежегодные инвестиции в размере 3,5 триллиона долларов.

Газифицированные электроэнергетические комплексы демонстрируют значительное преимущество в сокращении выбросов диоксида углерода, сокращая объем эмиссии на половину по сравнению с электростанциями, эксплуатирующими традиционные виды ископаемого топлива. Это позволяет рассматривать газ как мостовое энергетическое решение, обладающее потенциалом быть экологически предпочтительным до момента, когда возобновляемые источники энергии достигнут необходимого уровня надежности и экологической безопасности для широкомасштабного внедрения. ООН предложила семнадцать целей устойчивого развития для создания «зеленой» окружающей среды, где доступная и чистая энергия находится на седьмом месте. ВИЭ считаются свободными от выбросов и легко доступны в природе.

Очевидно, что гидроэнергетика обеспечивает самую высокую долю по сравнению с любыми другими ВИЭ. На долю солнечной фотоэлектрической и ветровой энергии приходится по четверти общей доли. Другие ВИЭ, такие как геотермальная энергия, концентрированная солнечная энергия, энергия океана и биоэнергетика, вместе составляют оставшуюся долю, составляющую чуть более 6%. Вклад энергии океана составляет всего 0,02%, хотя у нее более высокий потенциал увеличения этого результата по сравнению со всеми другими ВИЭ.  В целом, во многих странах Африки и Ближнего Востока доля составляет менее 20%, тогда как во многих странах Европы и Южной Америки, а также в Канаде она превышает 60%. В некоторых крупных странах, таких как США, Мексика, Китай, Австралия, Россия и т. д., доля составляет от 20 до 40%. Многие страны полны решимости уменьшить свою зависимость от ископаемого топлива и внедрить ВИЭ для защиты окружающей среды. Европейский Союз поставил цель стать мировым лидером в области ВИЭ к 2030 году. Примерно 28% общего спроса Великобритании может быть удовлетворено только за счет приливной энергии. Концепция энергетического центра, где энергия может генерироваться, использоваться и храниться, исследуется в некоторых опубликованных литературных источниках.

Хотя использование ВИЭ имеет важное значение для декарбонизации энергетического сектора и борьбы с глобальным потеплением, возникает очевидный вопрос о том, имеет ли это какие-либо негативные последствия для окружающей среды. Исследования показывают, что многие ВИЭ имеют некоторые негативные последствия, которые наносят ущерб окружающей среде и природе. ВИЭ используются для сокращения вредных выбросов и улучшения окружающей среды. Однако той же окружающей среде может быть нанесен вред, если игнорировать неблагоприятное воздействие ВИЭ. Существует дилемма, когда зависимость от ископаемого топлива увеличивает глобальное потепление, а неправильное регулирование ВИЭ может нанести ущерб окружающей среде.

Примерно 70–80% воздействия ветряных турбин на окружающую среду обусловлено материалами, которые используются в производственных целях. Процесс выбора места ВИЭ обуславливается экономическими, техническими и экологическими критериями.

Следует отметить, что многие исследовательские статьи в литературе, посвященные положительным перспективам ВИЭ, имеют тенденцию изображать негативное воздействие ископаемого топлива на окружающую среду. Таким образом, часто оказывается, что сокращение выбросов углекислого газа является единственным решением для сохранения окружающей среды. Кроме того, часто считается, что ВИЭ не имеют недостатков. Количество исследовательских работ, в которых обсуждаются неблагоприятные последствия ВИЭ, незначительно по сравнению с теми, где ВИЭ превозносятся. Следовательно, необходимо провести исследование, в котором негативное воздействие всех ВИЭ будет адекватно изучено и обсуждено. Таким образом, это считается наиболее значительным пробелом в исследованиях, который необходимо устранить для изучения всего спектра негативных воздействий на окружающую среду, связанных со всеми ВИЭ. Большинство исследований охватывают воздействие лишь нескольких ВИЭ.

Автор выражает благодарность научному руководителю заведующему кафедрой химии, экологии и МОХ ЮУрГГПУ Сутягину Андрею Александровичу за помощь в подготовке материалов.

Список литературы:

1. Алексеенко С. В. Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение // Инновации. Технология. Решения. 2006 № 3 (март). С. 38-41
2. Андросов М.В., Бажайкин А.Л., Бортник И.Ю. Бринчук М.М., Вершило Н.Д., Вершило Т.А., Дубовик О.Л., Зозуля В.В., Калинченко М.М., Калиниченко В.Т., Куделькин Н.С., Кузнецова О.Н., Мисник Г.А., Редникова Т.В., Семенихина В.А., Степаненко В.С., Чолтян Л.Н. Комментарий к Федеральному закону от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" (под ред. д.ю.н., проф. О.Л. Дубовик). - Специально для системы ГАРАНТ, 2016 г.
3. Беляков П. Ю. современное состояние мирового производства электроэнергии на базе возобновляемых источников [Электронный ресурс] URL: htpp://www.energosovet.ru/stat399.html.
4. Отчет ООН по мировым инвестициям за 2010 год [Электронный ресурс]. URL: http://expert.ru/ratings/table_47963/.
5. Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXXIII, № 5 (215). – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2019. – 103 с.