Экологические последствия развития солнечной энергетики
Взаимодействия энергетики и экологии
ВИЭ всё шире применяются в энергетике и поэтому всё пристальнее внимание к аспекту их взаимодействия с окружающей средой. В многотысячелетней ретроспективе именно ВИЭ человечество научилось применять как энергоресурс в первую очередь. Тепло наши далекие предки “добывали” из древесины (впрочем, как и сейчас во многих регионах Планеты), ветер подгонял парусные суда и вращал мельницы, как и вода. Всё это не нарушало коловращения природных процессов. Первой дала знать о проблеме “большая” гидроэнергетика (см. раздел 4). При воздвижении на реках циклопических плотин и создании озер- водохранилищ страдает население, сельское и рыбное хозяйство, речная навигация и т.д.
При возведении Асуанской ГЭС в Египте в зону затопления попадал древний времен фараонов храм Абу — Симбел. Его вырубили из скалы и частями перенесли повыше.
Вообще, у каждого вида ВИЭ найдутся “свои” проблемы с Природой. Возобновляемая энергетика не совсем «чистая», но острота создаваемых ею проблем на порядки ниже создаваемых топливной и ядерной энергетикой. Однако, возможные экологические последствия применения ВИЭ должны быть исследованы заранее, т.к. определенные виды экологического воздействия ВИЭ на окружающую среду не ясны до на-стоящего времени, особенно во временном аспекте, а потому изучены и разработаны еще в меньшей степени, чем технические вопросы использования этих источников.
Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источников
в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – 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.
Приведем экологический анализ ВИЭ- технологий, их воздействия на различные природные среды и объекты. Отметим, что общим для всех ВИЭ является низкая концентрация энергии, что требует вовлечения бóльших площадей, объёмов, масс в процесс.
Экологические последствия развития солнечной энергетики
Серьёзных претензий к солнечным водонагревательным и отопительным установкам у экологов нет, к тому же они маломасштабны. Могут быть проблемы при вытекании антифризов из 2-х, 3-х контурных систем. Касательно солнечных электростанций (СЭС), централей (СЭЦ) и солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС), то условно экологически чистой можно назвать лишь их эксплуатацию.
Солнечные электростанции (СЭС) и централи (СЭЦ) работают с концентраторами солнечной энергии, занимающими громадные площади (см. раздел 2), то же касается и фотоэлектрических станций (СФЭС). Удельная землеемкость 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, но больше, чем для ТЭС и АЭС. Например, СЭС башенного типа PS20 (Испания) установленной мощностью 20 Мвт занимает площадь 9000га, на которой установлены 1255 гелиостатов общей поверхностью 151000 м 2 . Эта земля, естественно, выведена из оборота.
В изготовлении фотоэлектрических панелей используется кремний “солнечного”, качества. Его производство экологически вредно. В мире разрабатываются бесхлорные технологии его получения взамен «хлорных», так что эта проблема разрешима.
Ещё, “большая” солнечная энергетика весьма материалоемка (металлы, стекло, бетон и т.д.). Солнечные панели и концентраторы создают большие по площади затенения, что приводит к деградации почв. Нагрев воздуха над гелиостатами приводит к созданию местного микроклимата: изменяется тепловой баланс, направление ветра, влажность, в районе расположения станции. Экологическую угрозу представляет также применение в гелиосистемах низкокипящих жидкостей (особенно хроматов и нитритов), являющихся высокотоксичными веществами, риск утечек не исключен, что приводит к загрязнению подземных вод.
Дата добавления: 2016-11-28 ; просмотров: 916 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Экологические проблемы энергетического обеспечения. Как их решают солнечные батареи?
На протяжении всей истории своего существования человечество было занято поиском возобновляемых источников энергии. Безусловно, солнечные батареи, гидроэлектростанции, электростанции, использующие энергию морских приливов и т.п. – порождение научно-технического прогресса последних пары веков. Это вовсе не означает, что пытливые умы изобретателей за тысячелетия до нас не обращались к природным явлениям с целью извлечения и постановки на службу человеку заложенной в них колоссальной энергии. Правда, мотивация во все времена была разной.
Что такое возобновляемые природные источники энергии? Энергия солнца
Источниками такой энергии являются стихии, которые человек довольно рано научился ставить себе на службу. Главные из них:
Первый древний инженер, понявший, что подача воды на засушливые участки полей может осуществляться не только вручную самим человеком или с применением мышечной силы вращающего ворот ослика, но силой самой бегущей в реке воды, был не менее гениален, чем изобретатель колеса. Способ столь же экологичный, как и первые два, однако намного более удобный и производительный. А главное, сила движущейся воды была величиной гораздо более постоянной и относительно предсказуемой.
Примерно тем же путём шли создатели первых ветряных мельниц. А весь существующий в мире более-менее габаритный флот вплоть до XIX века плавал, используя в качестве движущей силы исключительно энергию ветра. Если не считать, конечно, крайне непроизводительной, примитивной и бесчеловечной эксплуатации рабов на галерах. Следует заметить, что воздух с незапамятных времён служил человеку не только в виде ветра. История создания и применения воздушных шаров уходит своими корнями в глубокую древность. Свидетельства этого находят в самых разных уголках планеты – от Китая до Южной Америки. Правда, чтобы воздух обрёл силу, способную поднять вверх приличный груз, его нужно нагреть, то есть, нужна, как минимум, горелка. А это уже источник энергии совсем другого типа, речь о котором пойдёт ниже.
К ветру обращали свой взор древние изобретатели в землях, где дули постоянные и сильные ветры, к воде – в прибрежных районах рек и озёр, что логично. На что же должны были в первую очередь обратить своё внимание жители жарких стран с засушливым климатом, ландшафт которых представлял собой огромные безводные пространства и песчаные пустыни? Дефицитная вода в таких регионах никак не могла рассматриваться в качестве доступного и бесплатного источника энергии. От ветра в пустыне больше проблем, чем пользы. Единственное, что получал житель пустыни в неограниченном количестве – это солнце.
С использованием солнца человеком дела обстоят сложнее всего. Что касается древней истории, тут больше загадок и фантастических гипотез, чем проверенных фактов. Тем не менее, стоит упомянуть некоторые из них. Разумеется, когда речь заходит о древних цивилизациях, поклонявшихся солнцу и пытавшихся использовать его энергию в практических целях, первое, что приходит на ум – Древний Египет. К тому же, эта цивилизация изучена сегодня значительно лучше других.
Имеется мнение, что особой формы стёкла, прозрачные минералы и зеркала, преломляющие солнечный свет, применялись египтянами уже несколько тысячелетий назад не только для освещения помещений глубоко под землёй, но и при добывании огня. Существует также фантастическая гипотеза, предполагающая, что египетские пирамиды – ни что иное, как гигантские солнечные батареи или даже целые электростанции, работавшие на солнечной энергии по технологиям, давно утраченным. И это, в общем, не лишено логики. Если и был смысл в древности создавать солнечные электростанции, то Египет был для этого идеальным местом.
В широком смысле, солнце является источником почти любой энергии на нашей планете. Если исчезнет Солнце, органические формы жизни и природные явления, на мёртвой планете всё-таки остается хотя бы один источник энергии – атомной. Только использовать его будет некому.
Невозобновляемые источники энергии и связанные с их использованием экологические проблемы
Со временем при выборе источника тепла и света в главу угла людьми всё чаще начинал ставиться экономический аспект – вода и ветер были бесплатными, и это было важно. Однако низкий уровень технического развития вплоть до изобретения электричества делал их пригодными далеко не для всех целей, да и КПД их был достаточно низким. Люди всегда обращались к природе в поисках и других источников энергии.
Намного раньше попыток приручить воду и ветер человечество научилось добывать огонь. Это была первая научно-техническая революция в истории, и произошла она много тысяч лет назад. Огонь решал множество проблем, стоявших перед древним человеком – от защиты жилища и приготовлении пищи до обогрева помещения, особенно актуального в условиях сурового климата высоких северных и южных широт. Довольно рано люди научились применять огонь и как оружие.
Но для добычи и поддержания огня требовалось топливо. И топливо не было возобновляемым ресурсом, подобно ветру или воде. С самого начала его использования люди столкнулись с рядом проблем, которые с течением времени не только не были решены, но разрослись до катастрофических масштабов. Проблем таких множество, однако глобальных, регулярно приводящих к энергетическим кризисам и грозящих уничтожением самому человечеству, всего две:
- собственно невозобновляемость, а в последнее время и истощение самих источников;
- серьёзные экологические проблемы, связанные с их использованием.
Сегодня главными видами топлива являются:
- дерево в той или иной форме и близкие к нему горючие материалы;
- уголь:
- нефть;
- газ;
- ядерное топливо.
Практически все они являются также источником бесконечных экологических проблем. Кроме того, уже очевидно, что большинство из них на протяжении XX века использовалось столь энергично, что момент их полного истощения – вопрос времени, причём настолько близкого, что в большинстве случаев оно поддаётся вычислению. Что же касается относительно новой атомной энергетики, здесь проблемы, связанные с недостаточной изученностью данной сферы и, как следствие, невозможностью полного контроля над процессами распада атомного ядра, настолько велики, что польза от её применения пока едва оправдывает все возникающие при этом риски. Несколько крупномасштабных техногенных катастроф, связанных с атомными электростанциями (Фукусима, Чернобыль) лишнее тому подтверждение.
Другой масштабной экологической проблемой является загрязнение окружающей среды. Началось оно с первым костром, разожженным человеком, добывшим огонь от сожженного молнией дерева. Безусловно, ущерб от дыма и нагревания атмосферы в результате подобной человеческой деятельности сотни тысяч лет оставался настолько ничтожным на фоне мощных природных катаклизмов вроде извержений вулканов или лесных пожаров, что говорить о вреде, наносимом природе, никому не пришло бы в голову. Поэтому первую тревогу, связанную с интенсивным использованием древесины, люди забили по двум другим причинам:
- истощение её источников и необходимость поиска альтернативы;
- масштабная гибель лесов, ведущая не просто к потере топлива, но и к системной природной катастрофе – гибели животных, иссушению источников воды и выветриванию почв.
Чуть позднее древесины люди научились использовать полезные ископаемые, залегающие в недрах земли – уголь, а затем — нефть и газ. Масштабы загрязнения увеличились в разы и люди, наконец, начали его замечать. Кроме того, не только использование, но и сама добыча новых энергоносителей стала наносить вред окружающей природе и здоровью работающих в этой области людей. О том, что и эти источники когда-нибудь тоже закончатся, вначале никто не думал. Впервые гром грянул лишь в XX веке, когда стало понятно, что запасов угля, нефти и газа тоже скоро будет не хватать. Мировую энергетическую систему один за другим начали сотрясать масштабные энергетические кризисы, когда предложение на рынке энергоносителей стало сильно отставать от спроса на них.
Другая беда пришла с неожиданной стороны. Оказалось, что, кроме загрязнения природы, продукты деятельности человечества несут также необратимые изменения климата на всей планете. И немалую роль в этом играют выбросы тепловых электростанций, использование горючего транспортом, дымящие фабрики и заводы. На земле нет человека, не слыхавшего про так называемый парниковый эффект и грозящие в связи с ним катастрофы – глобальное потепление, фатальное поднятие уровня мирового океана, наводнения, потеря источников пресной воды. Многое делается для приостановки процесса, но пока адекватного решения этой проблемы учёными не найдено.
Альтернативные виды энергии. Солнечные батареи и экологическая безопасность
Когда говорят об альтернативных видах энергии, имеется в виду, как правило, атомная энергетика. Мирный атом – величайшее достижение человечества. Однако именно с точки зрения экологической безопасности тут не всё так просто. Строительство атомных электростанций сегодня уже не является чем-то экзотическим ни в одной части света – их строят повсеместно. И когда строительство, а затем эксплуатация объектов повышенной ядерной опасности происходит в штатном режиме, с соблюдением всех мер предосторожности, ущерба окружающей среде такие установки наносят на порядок меньше, чем электростанции и производства, работающие на традиционных видах топлива. Беда в том, что аварии, неизбежные в любой сфере деятельности человека, здесь также не сопоставимы по своим разрушительным масштабам с авариями на других предприятиях. Многие считают, что, не смотря ни на что, за атомной энергетикой будущее.
Те, кто так не считает, ищут альтернативу. И тут человечество снова обращается к своим первым опытам в приручении природных стихий – ветра, воды и солнечного света. Вода в энергетике применяется давно в гидроэлектростанциях. Позднее появились электростанции, использующие энергию морских приливов. Ветряные установки тоже вносят свой небольшой вклад в энергоснабжение местностей с преобладанием сильных ветров. Их недостаток – высокая непредсказуемость этого источника.
Особый интерес в этом плане представляет собой солнечная батарея, для работы которой, благодаря современным технологиям, сейчас даже не требуется прямого попадания солнечных лучей. Широкое распространение получили солнечные батареи, которые используются в различных бытовых приспособлениях – светильниках, часах, калькуляторах и т.п. Использование освещения на солнечных батареях – отличное решение для уличных фонарей в городах, освещения дачных участков.
Более масштабное использование солнечных батарей (например, для полного энергообеспечения жилого дома) пока довольно дорого и применяется чаще в экспериментальных целях, однако в будущем неизбежно появление более экономных вариантов солнечных панелей, которые сделают применение солнечных батарей полноценной альтернативой использованию традиционного электричества. К тому же они уже сейчас незаменимы в местностях, где недоступно подключение к линиям электропередач. Нужно ли говорить, что использование такой естественной для нашей планеты энергии как солнечная, явилось бы идеальным решением большинства стоящих сегодня перед энергетикой проблем – и экологических и связанных с истощением источников энергоносителей.
Источник