Солнечные станции

СЭС Солнечные станции еще недостаточно изученные объекты, поэтому отнесение их к экологически чистых не является обоснованным. В лучшем случае к экологически чистой можно отнести конечную стадию - стадию эксплуатации СЭС. Из всех доступных возобновляемых источников энергии именно солнечная энергия и солнечные батареи наносят минимальный ущерб окружающей среде. Электричество, произведенное при помощи солнечных батарей, не оказывает вредного воздействия на воздушные массы. И никак не загрязняет ни поверхностные, ни подземные воды, не истощает природные ресурсы и не несет опасности, как для животного мира, так и здоровья человека. Однако, само производство солнечных батарей включает в себя использование некоторых токсичных газов, взрывоопасных летучих веществ, коррозийных жидкостей и подозрительных канцерогенных – вызывающих рак – реагентов. Магнитуда возможных негативных эффектов на здоровье человека и Природу в случае производства солнечных батарей варьируется в зависимости от используемых токсических материалов, их насыщенности, интенсивности использования, а также продолжительности их воздействия на человека в условиях производства. Утилизация значительных объемов отслуживших свое солнечных модулей на конкретной территории приводит к увеличению риска для здоровья людей в данной местности. А также это пагубно для местной флоры и фауны. Утечка химических реагентов из утилизируемых модулей дает вероятность заражению местной почвы и поверхностных вод. Животный и растительный мир на этих территориях при непосредственной близости возможных утечек или случайных выбросов в атмосферу может быть подвергнут тяжелому воздействию. Утечки могут привести к взрывному росту концентрации опасных веществ вокруг производственных установок, на которых производятся модули. А это уже прямая и явная угроза здоровью работающих здесь людей. Солнечные станции достаточно занимают достаточно большие площади земной поверхности. Удельный использование земли СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га / кВт с наиболее вероятными значениями 0,003-0,004 га / кВт. Это меньше, чем для ГЭС, однако больше, чем для ТЭС и АЭС. При этом нужно учитывать тот факт, что солнечные электростанции значительно материалоемкие (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях использования земли не учитывается изъятие земель на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельное использование земли увеличится , а также увеличится опасность загрязнения рассолом подземных вод. Также солнечные концентраторы вызывают большое по площади затенение земель, что приводит к значительным изменениям почв, растительности и т.п. К нежелательным экологическим воздействиям относится также нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров, в некоторых случаях возможен перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные утечки в солнечных энергетических системах при длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, которые являются высокотоксичными веществами. Гелиотехника оказывает косвенное влияние на окружающую среду. В районах ее развития возводятся крупные комплексы по производству бетона, стекла, стали. При изготовлении кремниевых и кадмиевых фотоэлектрических элементов. В воздухе производственных помещений появляются кремниевая пыль и кадмиевые соединения, опасные для здоровья людей. ВЭС Только на первый взгляд ветряные электростанции абсолютно безопасны для окружающей среды – они экологически чистые и не наносят ущерба природе. Но все-таки они вызывают и немало проблем для общества. Шумовой эффект Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума: механический шум (шум от работы механических и электрических компонентов) и аэродинамический шум (шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установок). Шум от ветрогенератора в 350 м составляет 35-45 дБ. В непосредственной близости от ветрогенератора в оси ветроколеса уровень шума достаточно большой ветроустановки может превышать 100 дБ. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м. Кроме того ВЭС оказались источником достаточно интенсивного инфразвукового шума, неблагоприятно действующего на человеческий организм, вызывающего постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное беспокойство и жизненный дискомфорт. Как показал опыт эксплуатации большого числа ветровых установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы, покидая район размещения станции, т.е. территории самой ветровой станции и примыкающие к ней становятся непригодными для жизни людей, животных и птиц. Визуальное влияние Визуальный влияние ветрогенераторов - субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Для визуального обоснования новых проектов привлекают ландшафтных архитекторов. В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветровых ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили за то, чтобы избавиться соседства с ветрогенераторами. Отчуждение земель. Главный недостаток этого вида энергии - это низкая интенсивность, что требует значительной территории для размещения ветровой установки. Из проведенных специалистами расчетов следует, что оптимальным для ветрового колеса является диаметр 100 м. При таких геометрических размерах и плотности энергии на единицу площади ветрового колеса 500 Вт/м2 (скорость ветра 9,2 м/с) из ветрового потока можно получить электрическую мощность, близкую к 1 МВт. На площади 1 км2 можно разместить 2-3 установки указанной мощности с учетом того, что они должны находиться одна от, другой на расстоянии, равном трем их высотам, чтобы не мешать друг другу, и не снижать эффективности своей работы. Примем для оценки, что на площади 1 км2 размещено 3 установки, т.е. с 1 км2 можно снять 3 МВт электрической мощности. Это означает, что для размещения ветровой станции электрической мощностью 1000 МВт нужна площадь, равная 330 км2. Если сравнивать ветровые и тепловые электростанции по энерговыработке в течение года, то полученное значение следует увеличить не менее чем в 2-3 раза. Для сравнения укажем, что площадь Курской АЭС мощностью 4000 МВт вместе с вспомогательными сооружениями, водоемом-охладителем и жилым поселком составляет 30 км2, т.е. на 1000 МВт электрической мощности приходится 7,5 км2. Другими словами, размер территории ветровой станции в расчете на 1000 МВт в 40 раз превышает площадь, занимаемую АЭС. Однако, турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год. Выбросы в атмосферу Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота. По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн. Влияние на климат Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например, в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона более континентальным, за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее. ГеоТЭС Основное воздействие на окружающую среду геотермальные электростанции оказывают в период разработки месторождения, строительства паропроводов и здания станций, но оно обычно ограничено районом месторождения. Природный пар или газ добываются бурением скважин глубиной от 300 до 2700 м. Под действием собственного давления пар поднимается к поверхности, где собирается в теплоизолированные трубопроводы и подается к турбинам. К примеру, в долине гейзеров (США) производительность каждой скважины обеспечивает в среднем 7 МВт полезной мощности. Для работы станции мощностью 1000 МВт требуется 150 скважин, которые занимают территорию более 19 км2. Потенциальными последствиями геотермальных разработок являются оседание почвы и сейсмические эффекты. Оседание возможно всюду, где нижележащие слои перестают поддерживать верхние слои почвы и выражается в снижении дебитов термальных источников и гейзеров и даже полном их исчезновении. Так, при эксплуатации месторо­ждения Вайрокей (США) с 1954 по 1970 гг. поверхность земли просела почти на 4 м, а площадь зоны, на которой произошло оседание грунта, составила около 70 км2, продолжая ежегодно увеличиваться. Высокая сейсмическая активность является одним из признаков близости геотермальных месторождений, и этот признак используется при поисках ресурсов. Однако интенсивность землетрясений в зоне термальных явлений, вызванных вулканической деятельностью, обычно значительно меньше интенсивности землетрясений, вызванных крупными смещениями земной коры по разломам. Поэтому нет оснований считать, что разработка геотермальных ресурсов увеличивает сейсмическую активность. На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем отравляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ТЭС, и они имеют другой химический состав по сравнению с газообразными отходами станций на органическом топливе. Пар, добываемый из геотермальных скважин, в основном является водяным. Газовые примеси на 80 % состоят из двуокиси углерода и содержат небольшую долю метана, водорода, азота, аммиака и сероводорода. Наиболее вредным является сероводород (0,0225 %). В геотермальных водах содержатся в растворенном виде такие газы, как SO2, N2, NH3, H2S, CH4, H2. Потребность ГеоТЭС в охлаждающей воде (на 1 кВт-ч электроэнергии) в 4-5 раз выше, чем ТЭС, из-за более низкого КПД. Сброс отработанной воды и конденсата для охлаждения в водоемы может вызвать их тепловое загрязнение, а также повышение концентрации солей, в том числе хлористого натрия, аммиака, кремнезема, и таких элементов, как бор, мышьяк, ртуть, рубидий, цезий, калий, фтор, натрий, бром, йод, хотя и в небольших количествах. С ростом глубин скважин возможно увеличение этих поступлений. Одно из неблагоприятных проявлений ГеоТЭС — загрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин. Сброс отработанных термальных вод может вызвать заболачивание отдельных участков почвы в условиях влажного климата, а в засушливых районах — засоление. Опасен прорыв трубопроводов, в результате которого на землю могут поступить большие количества рассолов. ГеоТЭС, имея КПД в 2.3 раза меньше, чем АЭС и ТЭС, дают в 2.3 раза больше тепловых выбросов в атмосферу. В качестве простого пути сокращения воздействий на окружающую среду следует рекомендовать создание круговой циркуляции теплоносителя на ГеоТЭС по системе «скважина — теплосъемные агрегаты — скважина — пласт». Это позволит избежать поступления термальных вод на поверхность земли, в грунтовые воды и поверхностные водоемы, обеспечить сохранение пластового давления, исключить оседание грунта и любую возможность сейсмических проявлений. Неблагоприятные экологические воздействия геотермальной энергетики на экологию: • отчуждение земель; • изменение уровня грунтовых вод, оседание почвы, заболачивание; • подвижки земной коры, повышение сейсмической активности; • выбросы газов (метан, водород, азот, аммиак, сероводород) ; • выброс тепла в атмосферу или в поверхностные воды; • сброс 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. ПЭС Первоначальное мнение о принципиальной экологической чистоте ПЭС должно быть подтверждено тщательными исследованиями воздействия микрофакторов на природу. Особенно это относится к однобассейновым схемам одностороннего действия, при которых к резонансным влияниям ПЭС на величину прилива с морской стороны плотины добавляется существенное уменьшение диапазона колебаний в бассейне ПЭС и повышение среднего уровня моря вследствие повышения отметок сработки бассейна. Обширные исследования влияния ПЭС на экологию в течение последних 10 лет были проведены для ПЭС Северн. Основным фактором изменения природных условий в бассейне ПЭС Северн является уменьшение диапазона колебаний уровня с 12 м (перед плотиной) до 3—6 м в бассейне с заменой их полусуточного цикла на суточный, определяемый принятой односторонней работой. Эти условия улучшат условия для марикультуры, но приведут к сокращению заболоченных площадей (ватты и марши), что вызовет некоторое сокращение ареалов болотной птицы, но вследствие снижения высоких уровней улучшит условия донного и воздушного питания. Снижение скоростей течения вызовет отложение наносов в каналах и аллювия в эстуариях рек, впадающих в залив. Уменьшение числа циклов и расходов на 25 % уменьшит турбулентное перемешивание, это снизит содержание кислорода от полного насыщения у поверхности до 50 % в глубинных слоях. Промысел лососевых рыб на реках Северн, Уай, Акс, впадающих в Бристольский залив, дающий несколько миллионов фунтов стерлингов ежегодного дохода, не понесет ущерба, так как лососевые рыбы свободно будут проходить через водопропускные отверстия и даже турбины. Это подтверждает опыт шотландских ГЭС, где лосось проходит через турбины даже при высокой частоте вращения и при высоких напорах. Правда, есть опасность для благоприятного скатывания через плотину в море молоди, где ее могут поджидать хищные рыбы. Отбор энергии приливного потока уменьшит его транспортирующую способность, соленость и мутность и приведет к отложению наносов в местах, где этого раньше не наблюдалось, хотя при уменьшении скоростей течений, которые в естественных условиях достигали здесь шести узлов, обеспечение достаточных глубин за счет повышения низких уровней в бассейне создает лучшие условия для судоходства, которые компенсируют потери времени на шлюзование. При определенных мероприятиях дренаж мелиорированных земель улучшится. За счет уменьшения скоростей загрязнение увеличится, но растворение примесей увеличится из-за повышения среднего уровня. Хотя непосредственное штормовое воздействие уменьшится, потребуется дополнительная защита от волнения вследствие его более длительного воздействия. Специальная комиссия по экологии в 1977 г., суммируя совокупность факторов влияния плотины Северн на природные условия, отметила положительное воздействие ПЭС, обеспечивающиее регулирование приливных колебаний, и установила, что нет основания считать, что сооружение плотины приведет к биологической деградации эстуария Исследования по использованию приливной энергии в залтве Фанди включают изучение влияния ПЭС на природные условия трех наиболее актуальных створов в заливах Шигнекто, Камберленд и Майнас-Бейсин (Кобекуид). Установлено, что создание ПЭС уменьшит величину прилива (вследствие резонанса) от 9 до 13 % (соответственно при одной и трех ПЭС). Колебание уровня в бассейне ПЭС Майнас-Бейсин уменьшается с 8—7,8 м для полных вод до 0,3—0,6 м для малых вод. Это приведет к снижению скоростей на 20 %, а следовательно, как это прогнозировалось для ПЭС Северн, к уменьшению турбулентного перемешивания и увеличению стратификации. Мутность снизится и начнется медленная аккумуляция осадков в бассейне ПЭС. Но ослабление штормовых воздействий внутри бассейна резко уменьшит разрушение клифовых берегов. Повышение прозрачности воды увеличит количество планктона, которое по биопродуктивности компенсирует сокращение осушных площадок в верховьях зал. Фанди, являющихся районом питания перелетных птиц и в настоящее время сильно замутненных осадками и сточными водами. Изучаются также вопросы популяции рыб, поскольку в заливах Шигнекто и Майнас-Бейсин обнаружены как поверхностные, так и донные рыбы, а некоторые реки служат местами для нереста проходной рыбы. При этом, так же как и на Кислогубской ПЭС, учитывается, что турбины низкой частоты вращения не будут наносить вреда проходной рыбе и во время каждого приливного цикла будет иметься достаточный период, когда рыба сможет проходить вверх и вниз по течению через водопропускные отверстия и турбинные тракты в рабочем и холостом режимах. Однако французские специалисты на основании опыта Ране считают еще не доказанной возможность пропуска рыбы через работающие турбины Существует опасность засоления источников водоснабжения вследствие даже незначительного (на 15—30 см) повышения уровня полных вод в заливе Мэн. Следует учесть также загрязнение вод в период строительства и опасность обнажения в этот период пород, содержащих токсичные металлы. Эти негативные последствия вызвали озабоченность общественности в связи с публикацией проекта 1982 г., показавшего экономичность осуществления проектов ПЭС Камберленд и Кобекуид. Было признано, что решающим фактором для осуществления проектов является экологическая чистота. Однако авторы проекта на основании уже "имеющихся исследований полагают, что «ни одно из потенциальных воздействий сооружения ПЭС не является настолько серьезным, чтобы это могло воспрепятствовать строительству ПЭО, но в то же время они считают, что это предположение должно быть подкреплено дальнейшими тщательными исследованиями, проведение которых потребует значительных средств Их ассигнование должно быть предусмотрено в составе технического проекта Биотопливо В мире все больше говорят о необходимости замены нефти, угля и газа на биотоплива. Сторонники говорят, что биотоплива меньше загрязняют атмосферу, а противники возражают, что при сгорании биотоплив выделяются те же продукты, что и при сжигании ископаемых топлив. Действительно, в процессе сгорания и тех, и других топлив образуются углекислый газ, вода и несколько примесей, многие из которых являются вредными: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и т.п. Наибольшее внимание обычно уделяется вредным компонентам выхлопа и одному из виновников парникового эффекта - углекислому газу. Одним из главных преимуществ биотоплив называют сокращение выбросов парниковых газов. Это, однако, не означает, что при сгорании биотоплив образуется меньше диоксида углерода . При сгорании биотоплива в атмосферу возвращается углерод, который ранее поглотили растения, поэтому углеродный баланс планеты остаётся неизменным. Ископаемые топлива - совсем другое дело: углерод в их составе миллионы лет оставался "законсервированным" в земных недрах. Когда он попадает в атмосферу, концентрация углекислого газа повышается. Большинство исследований показывают, что биотоплива обеспечивают снижение выбросов моноксида углерода и углеводородов. Кроме того, биотоплива практически не содержат серы. Вместе с тем, несколько увеличивается выброс оксидов азота, вдобавок, при неполном сгорании многих биотоплив в атмосферу попадают альдегиды. Но, в целом, по уровню вредных выхлопов биотоплива выигрывают у нефтяных. Нужно отметить, что синтетический этанол, получаемый из нефти, в качестве топлива обладает точно такими же свойствами, как и полученный из растительного сырья, но не обеспечивает нейтральности в плане выбросов углекислоты. Биодизель –Его главное достоинство – это сокращение концентрации СО2 в атмосфере: при сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни. При использовании дизельного топлива на минеральной основе в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа, получаемого из углеводородов, миллионы лет находившихся в земле в виде нефти. А повышение концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к тому самому парниковому эффекту. Использование же биодизеля не нарушает баланса углекислого газа в атмосфере земли. Биодизельное топливо сгорает практически без образования токсичных окислов серы. Полученный эфир отличается хорошей воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Если для нефтяного дизельного топлива характерен показатель в 50-52 ед., то для метилового эфира – 50-58 ед. Это позволяет использовать его в дизельных двигателях без прочих веществ, стимулирующих воспламенение. Помимо относительно высокого цетанового числа, биодизель имеет и ряд других полезных свойств: - растительное происхождение. Биодизель не содержит бензола и ароматических углеводородов, поскольку изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения. - биологическая безвредность. По сравнению с нефтяным дизельным топливом, 1 л которого способен загрязнить 1 млн л питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, биодизель при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на альтернативное топливо. - хорошие смазывающие свойства. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазывающие свойства. Биодизель же, несмотря на почти полное отсутствие серы, характеризуется хорошими смазывающими свойствами. - высокая температура воспламенения. Для биодизеля ее значение превышает 100 0С, что позволяет назвать его относительно безопасным веществом. Анализ экологических показателей двигателей свидетельствует о снижении токсичных выбросов при работе на биотопливе. Содержание окиси углерода СО при любой нагрузке и выбросы углеводородов СН сокращаются в два раза, количество твердых частиц (дымность) в режиме максимальной нагрузки снижается в два раза, а в режиме алой нагрузки дымность практически отсутствует. Исследования по замене дизельного топлива биодизельной смесью (при соотношении в ней компонентов 1:1) показали существенное улучшение экологических характеристик двигателя. Выбросы оксидов азота при номинальном режиме работы двигателя сократились на 15-20%, сажи – на 30-35%, оксидов углерода и углеводородов – на 10-15%.