lecture18 (Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004)

Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)18. Экологические проблемы использования нетрадиционных ивозобновляемых источников энергии18.1. Проблема взаимодействия энергетики и экологииВ комплексе существующих экологических проблем энергетика занимает одно из ведущих мест.

В связи с интенсивным вовлечением возобновляемых источников энергии в практическое использование особое вниманиеобращается на экологический аспект их воздействия на окружающую среду.Существует мнение, что выработка электроэнергии за счет возобновляемых источников представляет собой абсолютно экологически «чистый»вариант. Это не совсем верно, так как эти источники энергии обладаютпринципиально иным спектром воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом, минеральноми гидравлическом топливе, причем в некоторых случаях воздействия последних представляют даже меньшую опасность. К тому же определенные видыэкологического воздействия НВИЭ на окружающую среду не ясны до настоящего времени, особенно во временном аспекте, а потому изучены и разработаны еще в меньшей степени, чем технические вопросы использованияэтих источников.Разновидностью возобновляемых источников энергии являются гидроэнергетические ресурсы.

Долгое время их также относили к экологически«чистым» источникам энергии. Не принимая во внимание экологические последствия такого использования, естественно, не проводилось достаточныхразработок природоохранных и средозащитных мероприятий, что привелогидроэнергетику на рубеже 90-х годов к глубокому кризису. Поэтому возможные экологические последствия применения НВИЭ должны быть исследованы заранее.Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источниковв наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло –©Кафедра теплоэнергетических систем, 20041Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)на уровне современных знаний и технологий обходится довольно дорого.Однако во всех случаях их использование приводит к эквивалентному снижению расходов органического топлива и меньшему загрязнению окружающей среды. До настоящего времени во всех методиках, в которых приводитсятехнико-экономическое сопоставление традиционных видов получения энергии с возобновляемыми источниками, эти факторы не учитывались вообщеили только отмечались, но не оценивались количественно.

Таким образом,актуальной становится задача разработки научно обоснованных методов экономической оценки экологических последствий использования различныхвидов возобновляющихся источников энергии и новых методов преобразования энергии, которые должны количественно учесть факторы иного, по сравнению с традиционными установками, воздействия на окружающую среду.Рассмотрим основные факторы экологического воздействия нетрадиционных возобновляющихся источников энергии на различные природныесреды и объекты.18.2. Экологические последствия развития солнечной энергетикиСолнечные станции являются еще недостаточно изученными объектами, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзяназвать полностью обоснованным.

В лучшем случае к экологически чистойможно отнести конечную стадию – стадию эксплуатации СЭС, и то относительно.Солнечные станции являются достаточно землеемкими. Удельная землеемкость СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га/кВт с наиболее вероятнымизначениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чемдля ТЭС и АЭС.

При этом надо учесть, что солнечные станции весьма материалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значенияхземлеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработкисырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеем©Кафедра теплоэнергетических систем, 20042Агеев В.А.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)кость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затененияземель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположениястанции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечногоизлучения, сконцентрированного зеркальными отражателями.

Это приводитк изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применениенизкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды.

Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.Гелиотехника косвенным образом оказывает влияние на окружающуюсреду. В районах ее развития должны возводиться крупные комплексы попроизводству бетона, стекла и стали.

Во время изготовления кремниевых,кадмиевых и арсенидогелиевых фотоэлектрических элементов в воздухепроизводственных помещений появляются кремниевая пыль, кадмиевые иарсенидные соединения, опасные для здоровья людей.Космические СЭС за счет СВЧ-излучения могут оказывать влияние наклимат, создавать помехи теле- и радиосвязи, воздействовать на незащищенные живые организмы, попавшие в зону его влияния.

В связи с этим необходимо использовать экологически чистый диапазон волн для передачи энергии на Землю.Неблагоприятные воздействия солнечной энергии на окружающуюсреду могут проявляться:− в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;©Кафедра теплоэнергетических систем, 20043Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)− в большой материалоемкости;− в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты инитриты;− в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов токсичными веществами при использовании солнечных систем в сельскомхозяйстве;− в изменении теплового баланса, влажности, направления ветра в районе расположения станции;− в затемнении больших территорий солнечными концентраторами, возможной деградации земель;− в воздействии на климат космических СЭС;− в создании помех телевизионной и радиосвязи;− в передаче энергии на Землю в виде микроволнового излучения, опасного для живых организмов и человека.18.3.

Влияние ветроэнергетики на природную средуФакторы воздействия ВЭС на природную среду, а также последствияэтого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрицательных проявлений приведены в табл. 18.3.1. Рассмотрим некоторые из нихболее подробно.Под мощные промышленные ВЭС необходима площадь из расчета от 5до 15 МВт/км2 в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. ДляВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь от 70 до 200 км2.

Выделение таких площадей в промышленных регионах сопряжено с большими трудностями, хотя частично эти земли могут использоваться и под хозяйственныенужды. Например, в Калифорнии в 50 км от г. Сан-Франциско на перевалеАлтамонт-Пасс земля, отведенная под парк мощной ВЭС, одновременнослужит для сельскохозяйственных целей.©Кафедра теплоэнергетических систем, 20044Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)Таблица 18.3.1Методы устранения негативного влияния ВЭУ на окружающую средуФакторы воздействияМетоды устраненияI. Изъятие земельных ресур- Размещение ВЭУ на неиспользуемых земляхсов, изменение свойств поч- Оптимизация размещения – минимизациявенного слоярасхода землиЦеленаправленный учет изменений свойствпочвенного слояКомпенсационные расчеты с землепользователямиII.

Акустическое воздействие Изменение числа оборотов ветроколеса(шумовые эффекты)(ВК)Изменение форм лопасти ВКУдаление ВЭУ от объектов социальнойинфраструктурыЗамена материалов лопастей ВКIII. Влияние на ландшафт и Учет особенностей ландшафта при размеего восприятиещении ВЭУРекреационное использование ВЭУИзыскание различных форм опорных конструкций, окраски и т.д.IV.

Электромагнитное излуче- Сооружение ретрансляторовние, телевидение и радиосвязь Замена материалов лопастей ВКВнедрение специальной аппаратуры в конструкцию ВЭУУдаление от коммуникацийV. Влияние на орнитофауну на Анализ поражаемости птиц на трассахперелетных трассах и мор- перелета и рыб на путях миграциискую фауну при размещении Расчет вероятности поражения птиц и рыбВЭС на акваторияхVI. Аварийные ситуации, Расчет вероятности поломок ветроколеса,опасность поломки и отлета траектории и дальности отлетаповрежденных частей ВКОценка надежности безаварийной работыВЭУЗонирование производства вокруг ВЭУVII. Факторы, улучшающие Уменьшение силы ветраэкологическую ситуациюСнижение ветровой эрозии почвУменьшение ветров с акваторий водоемов иводохранилищПроблема использования территории упрощается при размещении ВЭСна акваториях.

Например, предложения по созданию мощных ВЭС на мелко©Кафедра теплоэнергетических систем, 20045Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)водных акваториях Финского залива и Ладожского озера не связаны с изъятием больших территорий из хозяйственного, пользования. Из отводимойплощади акватории для ВЭС непосредственно под сооружения для ВЭУ понадобится лишь около 2 %. В Дании дамба, на которой установлен парк ВЭУ,одновременно является пирсом для рыболовных судов. Использование территории, занятой ветровым парком, под другие цели зависит от шумовыхэффектов и степени риска при поломках ВЭУ.

У больших ВЭУ лопасть приотрыве может быть отброшена на 400–800 м.Наиболее важный фактор влияния ВЭС на окружающую среду – этоакустическое воздействие. В зарубежной практике выполнено достаточно исследований и натурных изменений уровня и частоты шума для различныхВЭУ с ветроколесами, отличающимися конструкцией, материалами, высотойнад землей, и для разных природных условий (скорость и направление ветра,подстилающая поверхность и т. д.).Шумовые эффекты от ВЭУ имеют разную природу и подразделяютсяна механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия. Последние, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 Гц до несколькихкГц). Они вызваны вращением рабочего колеса и определяются следующимиявлениями: образованием разряжения за ротором или ветроколесом с устремлением потоков воздуха в некую точку схода турбулентных потоков;пульсациями подъемной силы на профиле лопасти; взаимодействием турбулентного пограничного слоя с задней кромкой лопасти.Удаление ВЭС от населенных пунктов и мест отдыха решает проблемушумового эффекта для людей.