Характеристика сучасних джерел енергії
До кінця XX ст. основою енергетики у світовій економіці стали кам'яне вугілля, нафтопродукти і газ, тобто невідновлювані джерела енергії. Екологічний імператив вимагає переходу на використання відновлюваних і невичерпних енергетичних джерел, які іноді називають нетрадиційними, зараховуючи до них атомну, припливно-відпливну, водневу та інші подібні типи енергетики.
Фактично екологічний статус різних форм нетрадиційних і традиційних енергетичних ресурсів не однаковий.Атомна енергетика. Атомні електростанції мають чимало очевидних переваг: займають малі площі, маловідходні, в них немає безпосередніх викидів пилу, вуглекислого газу, оксидів сірки, азоту тощо. Паливо, на якому вони працюють, має високу енергетичну цінність (теплотворну здатність), властивості бридинга, тобто відтворюється у процесі роботи AEC. За станом на 1990 р. у світі працювало 430 ядерних реакторів, які виробляли близько 400 МВт енергії. Ю. Б. Харитон писав, що атомна енергетика - це магістральний шлях розвитку людства, а У. Маршал (1991) стверджував, що атомна енергетика має різнобічні переваги перед усіма іншими способами отримання енергії.
Однак в атомній енергетиці є чимало вразливих місць, а прибічники її нерідко схильні камуфлювати екологічні небезпеки, які породжують AEC. Для цього обговорюється екологія лише діючих AEC і не згадується, що видобуток урану, його переробка і
транспортування, а потім знезараження і захоронения радіоактивних відходів є ахіллесовою п'ятою атомної енергетики. Саме на цих технологічних етапах відбувається масове радіоактивне забруднення навколишнього середовища. Для збагачення ядерного палива витрачається чимало енергії, а процес супроводжується викидами вуглекислого газу.
Сучасні технології поки що не можуть забезпечити 100%-го вигоряння ядерного палива. ККД сучасних AEC за випалюванням палива становить усього 30 - 40%. AEC потужністю 1000 МВт за рік споживає 30 т урану і дає як відходи 300 кг плутонію і 1100 кг інших радіоактивних, здатних розщеплюватись речовин.
Лише у США вже нагромадилось 20 тис. т радіоактивних відходів. Досі ще не розроблені способи їхнього знешкодження. В цьому полягає головна небезпека AEC, хоча широкі маси населення вбачають її лише в можливих аваріях. Під час роботи AEC вилучається досить багато води. AEC устатковані потужними градирнями, в яких відбувається конденсація пари, в ході цього процесу до 70% вироблюваної теплоти розсіюється в навколишнє середовище. Відбуваються й експлуатаційні радіоактивні викиди. На Чорнобильській AEC вони становили 4 тис. Кі/добу. Це небагато, однак за роки й десятиліття територія навколо будь-якої AEC неодмінно забруднюється радіонуклідами.Відходи AEC по суті становлять більшу небезпеку для людства, ніж окремі аварії на них. Регенерація відходів AEC та їх повне знешкодження технологічно досі не вирішена. Для захоронения радіоактивних відходів AEC використовують мідні контейнери, куди завантажують матеріали, які вилучаються, попередньо сплавлені зі склом або керамікою. Ці контейнери вміщують у глибокі свердловини або на дно моря. Такий спосіб явно має не вічний характер, за рахунок корозії і дифузії радіоактивні речовини рано чи пізно потрапляють у навколишнє середовище. Проблему доведеться вирішувати нашим нащадкам.
Не виключена й аварійність на AEC, навіть за найнадійніших їхніх конструкцій. Так, у 1975 р. в спеціальному „Дослідженні Расмуссена” було зазначено, що розплав ядерних тепловидільних елементів на американських AEC може статися лише один раз за 10000 років. Здавалося б, мізерний ризик, але рівно через чотири роки після опублікування цього прогнозу такий розплав відбувся на AEC у Гаррисберзі (США) і лише завдяки титанічним зусиллям персоналу не відбулася катастрофа типу Чорнобильської. Аварія на Три-Майл-Айлендській AEC (США), коли внаслідок механічних несправностей припинилася подача охолоджувальної води, призвела до того, що довелося 150 тис. літрів зараженої води скинути в річку, а пару з радіоактивними газами, об'ємом 28 м3 - випустити в атмосферу.
Гідроенергетика. ГЕС виводять із ладу великі земельні ділянки, цінні в сільськогосподарському виробництві. За 70 років існування CPCP під водосховища ГЕС було зайнято 7 млн. га земель, у тому числі 3 млн. га сільськогосподарських. Наприклад, спорудження гребель на Дніпрі призвело до втрати величезних територій заплавних високородючих земель.
Величезних збитків природі усіх країн завдали ГЕС нового покоління. Так, у Канаді в 1985 р. розпочалася реалізація великого проекту щодо створення серії ГЕС з перетворенням стоку 19 річок і спорудженням 27 великих водосховищ. Уже перші підсумки довели, що проект спричинив загибель тисяч оленів карибу, оскільки було затоплено місця їхнього отелення, створилася загроза загибелі багатьох видів риб. Невипадково нині проти цього проекту протестують багато які природоохоронні рухи.
Однак екологічно ГЕС є чистими і маловідходними. Джерело енергії, яке вони використовують, - проточна вода - за характером є невичерпним. Позитивна оцінка ГЕС мотивується тим, що є можливим подолання їхніх недоліків. Замість високонапірних руслових ГЕС потрібно збільшити число створів і створити систему малих ГЕС, що знизить площі затоплюваних земель у 3 - 4 рази. За швидкості течії річок понад 1 м/с потрібно користуватися заглибленими пристроями, що працюють від кінетичної енергії проточної води.
Теплові електростанції (ТЕС) працюють на викопному паливі і забруднюють навколишнє середовище більше, ніж інші. Виробництво енергії на TEC екологічно є найбруднішим: спалювання 1 т кам'яного вугілля призводить до утворення 1,5 кг оксидів азоту, 9 кг оксиду вуглецю (IV) і 13 кг оксидів сірки. Великі TEC скидають до 90 м3/с теплої води. Однак можливості зменшення екологічних збитків від них великі, оскільки паливо можна готувати до спалювання, збагачувати, очищати від сірки. Так, на ринок ЄС з 2000 р. планують допускати лише паливо, що містить менше 1,5 - 2% сірки. П'ять країн Європи (Данія, Норвегія, Швеція, Люксембург і Німеччина) вже нині дозволяють спалювати паливо, яке містить не більш ніж 1% сірки.
Вітрові електростанції (ВЕС) екологічно чисті і дають дешеву енергію. їх ідея не нова. Перший проект промислової BEC на 12 МВт розробив Ю. В. Кіндратюк ще в 1932 р. Перша вітрова електростанція потужністю 100 кВт була запущена в Криму у 1931р. Вона працювала до 1942 р. На сучасних BEC у Данії вартість 1 кВт енергії зіставна з вартістю енергії, яка отримується на електростанціях, що працюють на вугіллі, і нижча, ніж на електростанціях, що працюють на нафтовому паливі. Досить великі BEC займають великі площі, дуже шумні, створюють радіоперешкоди і небезпечні для птахів. Хоча прямих зіткнень птахів з ними мало, але BEC створюють сильний шум і турбують тварин на місцях гніздування. Ці перешкоди особливо істотні. Оскільки птахи і вітрові електростанції віддають перевагу одним і тим самим місцям - узбережжям і плоским низовинам. Однак ці негативні моменти справедливі лише для великих BEC потужністю 3—10 МВт. Невеликі BEC потужністю 15 - 250 кВт практично позбавлені цих недоліків, і на них значною мірою повинен спиратися майбутній розвиток цієї лінії енергетики.
Екологічні збитки від BEC порівняно з іншими джерелами енергії мінімальні. Не випадково в Данії на 1984 р. діяло понад 1000 таких установок із сумарною потужністю 50 МВт. У США лише в одному штаті Каліфорнія налічується 15 тис. ВЕС.
Сонячні електростанції (CEC), що використовують невичерпне джерело енергії - сонячну радіацію, - мають чималі перспективи. Хоча вони займають великі площі (для електростанції потужністю 1000 МВт потрібна площа 35 км2) і матеріаломісткі, однак у процесі експлуатації CEC екологічно найчистіші. Вони не мають рухомих частин, довговічні, не створюють небезпечних відходів.
Певні труднощі тут пов'язані з тим, що пік виробництва енергії не збігається з піком її споживання і потрібні потужні акумулюючі системи. Однак, вірогідно, за CEC велике майбутнє. Наприклад, у Тибеті (Китай) перехід на сонячну енергетику розпочався у 50-х роках. Нині загальна площа CEC там уже досягнула 750 тис.
м2 і понад 1 млн. м2 житла опалюється й освітлюється за рахунок енергії CEC. У 1989 р. в Каліфорнії (США) почала працювати перша комерційна CEC потужністю 275 МВт. Вона займає площу 340 га і розміщена в пустелі Мохаві. Розроблені проекти спорудження орбітальних навколоземних CEC. За прогнозами через чверть століття на частку гідроенергетики припадатиме не менш ніж 25% світового енергетичного балансу.Однак отримання енергії за рахунок фотоелектричного перетворення не єдиний спосіб утилізації сонячної енергії. Для отримання теплоти придатні плоскі сонячні колектори. Це чорні поверхні, які нагріваються сонцем і передають теплоносій до споживача. Якщо навіть такі теплові геліоколектори задовольняють потребу в енергії всього на 10 - 20%, то й це чимала підмога в економії традиційних енергоносіїв.
Біоенергетика також ґрунтується на використанні сонячної енергії, однак для поглинання цієї енергії використовують не фотоелементи, а природний процес - фотосинтез зелених рослин. Історично це найдавніший спосіб отримання теплової енергії. На вогнищах наші предки спалювали деревину. В сучасному світовому балансі роль біомаси несправедливо мала. Тому відродження біоенергетики цілком виправдане.
Як найефективніші акумулятори для фотосинтетичного зв'язування сонячної енергії рекомендують використовувати швидкорослі породи дерев. У США є досвід використання як біопалива бурих водоростей, в яких добовий гектарний приріст біомаси еквівалентний 28 л бензину. Придатні для цього й інші види водоростей. Біомасу можна використовувати не лише як сировину для спалювання, а й переробляти на спирт чи горючі гази. У Німеччині розпочато використання як пального олій. У деяких країнах для виробництва спирту використовують цукрову тростину, кукурудзу та інші рослинні матеріали.
Найбільш економічно й екологічно доцільно використовувати для отримання біогазу не лише рослинну продукцію, а й відходи тваринництва - гній великої рогатої худоби і свиней, пташиний послід, різноманітні рослинні рештки та побутові відходи. Практично в усіх країнах світу такі установки спроектовано і вони успішно працюють, хоча число їх мізерне і вони охоплюють переробкою лише невелику частину таких відхідних матеріалів.
Інші способи отримання енергії. Як незвичні, але в багатьох районах екологічно й економічно вигідні, можна назвати:
а) геотермальні електростанції, які працюють за рахунок теплового градієнта; б) електростанції, які використовують глибинний градієнт температури морської води; в) електростанції, що працюють за рахунок енергії припливів і відпливів.
2.3.4.