Способы использования возобновляемых источников энергии. Виэ и побочные экологические эффекты А что же Россия

-- [ Страница 5 ] --

Обезвоженный этанол – жидкость в интервале температур от –117 до +78 °С с температурой воспламенения 423 °С. Применение его в двигателе внутреннего сгорания требует специального карбюратора. Поэтому и смешиhttp://dhes.ime.mrsu.ru – Кафедра теплоэнергетических систем 9 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) вают бензин с обезвоженным этанолом (20 % по объему) и используют эту смесь (газохол) в обычных бензиновых двигателях. Газохол в настоящее время – обычное топливо в Бразилии (этанол там получают из сахарного тростника и маниока), используют его и в США (этанол из кукурузы).

Важная особенность этанола – способность выдерживать ударные нагрузки без взрыва, из-за этого он гораздо предпочтительнее добавок из тетраэтилсвинца, вызывающего серьезные загрязнения атмосферы. Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивают двигателям 20%-ное увеличение мощности по сравнению с чистым бензином. Массовая плотность и теплотворная способность этанола ниже, чем бензина, соответственно теплота сгорания (24 МДж/м3) на 40% ниже чем бензина (39 МДж/м3). Однако лучшее горение этанола компенсирует это уменьшение теплотворной способности. Опыт подтверждает, что двигатели потребляют примерно одинаковое количество газохола и бензина.

Литература

1. Бойлс Д. Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки. – М. Агропромиздат, 1987.

2. Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. – Рига: Зинатие, 1988.

3. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. – М. Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.

16. Использование биотоплива для энергетических целей

16.1. Производство биомассы для энергетических целей

16.2. Пиролиз (сухая перегонка)

http://dhes.ime.mrsu.ru – Кафедра теплоэнергетических систем 10 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)

16.3. Термохимические процессы

16.4. Спиртовая ферментация (брожение)

16.4.1. Методы получения спирта

16.4.2. Использование этанола в качестве топлива

Литература

– – –

18.1. Проблема взаимодействия энергетики и экологии В комплексе существующих экологических проблем энергетика занимает одно из ведущих мест. В связи с интенсивным вовлечением возобновляемых источников энергии в практическое использование особое внимание обращается 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 обладают принципиально иным спектром воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом, минеральном и гидравлическом топливе, причем в некоторых случаях воздействия последних представляют даже меньшую опасность. К тому же определенные виды экологического 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 использования этих 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 достаточных разработок природоохранных и средозащитных мероприятий, что привело гидроэнергетику на рубеже 90-х годов к глубокому кризису. Поэтому возможные экологические последствия применения НВИЭ должны быть исследованы заранее.

Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источников в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 1 Агеев 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 приводится технико-экономическое сопоставление традиционных видов получения энергии с возобновляемыми источниками, эти факторы не учитывались вообще или только отмечались, но не оценивались количественно.

Таким образом, актуальной становится задача разработки научно обоснованных методов экономической оценки экологических последствий использования различных видов 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 природные среды и объекты.

18.2. Экологические последствия развития солнечной энергетики

Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объектами, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзя назвать полностью обоснованным. В лучшем случае к экологически чистой можно 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 вероятными значениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чем для ТЭС и АЭС. При этом надо учесть, что солнечные станции весьма материалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях землеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеемКафедра теплоэнергетических систем, 2004 2 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) кость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.

Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих 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 окружающую среду. В районах ее развития должны возводиться крупные комплексы по производству бетона, стекла и стали. Во время изготовления кремниевых, кадмиевых и арсенидогелиевых фотоэлектрических элементов в воздухе производственных помещений появляются кремниевая пыль, кадмиевые и арсенидные соединения, опасные для здоровья людей.

Космические СЭС за счет СВЧ-излучения могут оказывать влияние на климат, 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 окружающую среду могут проявляться:

в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;

©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 3 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) в большой материалоемкости;

в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты и нитриты;

в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов токсичными веществами при использовании солнечных систем в сельском хозяйстве;

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 среду

Факторы воздействия ВЭС на природную среду, а также последствия этого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрицательных проявлений приведены в табл. 18.3.1. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Под мощные промышленные ВЭС необходима площадь из расчета от 5 до 15 МВт/км2 в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Для ВЭС 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 хозяйственные нужды. Например, в Калифорнии в 50 км от г. Сан-Франциско на перевале Алтамонт-Пасс земля, отведенная под парк мощной ВЭС, одновременно служит для сельскохозяйственных целей.

– – –

Проблема использования территории упрощается при размещении ВЭС на акваториях. Например, предложения по созданию мощных ВЭС на мелкоКафедра теплоэнергетических систем, 2004 5 Агеев 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 отводимой площади 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 шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. У больших ВЭУ лопасть при отрыве может быть отброшена на 400–800 м.

Наиболее важный фактор влияния ВЭС на окружающую среду – это акустическое воздействие. В зарубежной практике выполнено достаточно исследований и натурных изменений уровня и частоты шума для различных ВЭУ с ветроколесами, отличающимися конструкцией, материалами, высотой над землей, и для разных природных условий (скорость и направление ветра, подстилающая поверхность и т. д.).

Шумовые эффекты от ВЭУ имеют разную природу и подразделяются на 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 нескольких кГц). Они вызваны вращением рабочего колеса и определяются следующими явлениями: 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 проблему шумового эффекта для людей. Однако шум может повлиять на фауну, в том числе на морскую фауну в районе экваториальных ВЭС. По зарубежным данным, вероятность поражения птиц ветровыми турбинами оценивается в 10%, если пути миграции проходят через ветровой парк. Размещение ветровых парков повлияет на пути миграции птиц и рыб для экваториальных ВЭС.

©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 6 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) Высказываются предположения, что экранирующее действие ВЭС на пути естественных воздушных потоков будет незначительным и его можно не принимать во внимание. Это объясняется тем, что ВЭУ используют небольшой приземный слой перемещающихся воздушных масс (около 100-150

м) и притом не более 50 % их кинетической энергии. Однако мощные ВЭС могут оказать влияние на окружающую среду: например, уменьшить вентиляцию воздуха в районе размещения ветрового парка. Экранирующее действие ветрового парка может оказаться эквивалентным действию возвышенности такой же площади и высотой порядка 100-150 м.

Помехи, вызванные отражением электромагнитных волн лопастями ветровых турбин, могут сказываться на качестве телевизионных и микроволновых радиопередач, а также различных навигационных систем в районе размещения ветрового парка ВЭС на расстоянии нескольких километров.

Наиболее радикальный способ уменьшения помех – удаление ветрового парка на соответствующее расстояние от коммуникаций. В ряде случаев помех можно избежать, установив ретрансляторы. Этот вопрос не относится к категории трудноразрешимых, и в каждом случае может быть найдено конкретное решение

Неблагоприятные факторы ветроэнергетики:

шумовые воздействия, электро-, радио- и телевизионные помехи;

отчуждение земельных площадей;

локальные климатические изменения;

опасность для мигрирующих птиц и насекомых;

ландшафтная несовместимость, непривлекательность, визуальное невосприятие, дискомфортность;

изменение традиционных морских перевозок, неблагоприятные воздействия на морских животных.

– – –

18.4. Возможные экологические проявления геотермальной энергетики 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 ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 8 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) 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, иод, 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 энергеКафедра теплоэнергетических систем, 2004 9 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) тики на эколгию:

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.

18.5. Экологические последствия использования энергии океана

При преобразовании любых видов океанической энергии неминуемы определенные изменения естественного состояния затрагиваемых экосистем.

К отрицательным последствиям работы установок, использующих термальную энергию океана, можно отнести возможные утечки в океан аммиака, пропана или фреона, а также веществ, применяемых для промывки теплообменников (хлор и др.). Возможно значительное выделение углекислого газа из поднимаемых на поверхность холодных глубинных вод из-за снижения в них парциального давления СО2 и повышения температуры, Выделение СО2 из воды при работе океанических ТЭС предположительно на 30% больше, чем при работе обычных ТЭС той же мощности, использующих органическое топливо. Охлаждение вод океана вызывает увеличение содержания питательных веществ в поверхностном слое и значительный рост фитопланктона. При подъеме к поверхности глубинные микроорганизмы будут загрязнять океан и придется применять специальные меры для его очистки.

Строительство ПЭС сказывается неблагоприятно на состоянии приКафедра теплоэнергетических систем, 2004 10 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) брежных земель, самого побережья и аквальной вдольбереговой полосы: изменяются условия подтопления, засоления, размыва берегов, формирование пляжей и т. д. Изменение движения грунтовых вод влияет на динамику засоления прибрежных земель.

На ПЭС в КНР изучены закономерности отложения наносов в водохранилище ПЭС и за плотиной, а также мероприятия по борьбе с ними. Эксплуатация ПЭС «Ране» во Франции показала, что принятая в ее проекте однобассейновая схема двухстороннего действия максимально сохраняет природный цикл колебаний бассейна и гарантирует тем самым экологическую безопасность приливной энергии.

Использование энергии волн на глубоководных местах в открытом океане сказывается на процессах в акватории океана. Преобразователи размещаются далеко от берега и не оказывают отрицательного действия на устойчивость побережья.

При установке преобразователей вблизи побережья возникают проблемы эстетического характера, так как они видны с берега. Цепочка устройств типа ныряющих уток Солтера длиной в несколько километров выглядит эстетически менее привлекательно, чем группа продуманно размещенных отдельно стоящих преобразователей энергии. Кроме того, непрерывная линия преобразователей в отличие от отдельно расположенных установок может стать препятствием для навигации и оказаться опасной для судов во время сильных штормов.

Один из важных вопросов влияния на окружающую среду преобразования энергии волн в прибрежной зоне – это воздействие на процессы в ее пределах. Вещества, перемещаемые волнами, называются прибрежными наносами. Движение их необходимо для стабилизации береговой полосы, т. е.

баланса между эрозией и отложениями. В связи с этим цепь из преобразователей энергии волн целесообразно устанавливать в местах намечаемых волноломов, чтобы они выполняли двойную функцию: использование энергии ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 11 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) волн и защиту побережья.

Неблагоприятные экологические последствия в гидротермальной энергетике:

утечки в океан аммиака, фреона, хлора и др.;

выделение СО2 из воды;

изменение циркуляции вод, появление региональных и биологических аномалий под воздействием гидродинамических и тепловых возмущений;

изменение климата.

Неблагоприятные экологические последствия в приливной энергетике:

периодическое затопление прибрежных территорий, изменение землепользования в районе ПЭС, флоры и фауны акватории;

строительное замутнение воды, поверхностные сбросы загрязненных вод.

Неблагоприятные экологические последствия в волновой энергетике:

эрозия побережья, смена движения прибрежных песков;

значительная материалоемкость;

изменение сложившихся судоходных путей вдоль берегов;

загрязнение воды в процессе строительства, поверхностные сбросы.

18.6. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными электростанциями и другими НВИЭ являются наиболее экологически безопасными.

Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевозможными отходами. Так, например, анаэробная ферментация – эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения ©Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 12 Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) экологической чистоты, так как твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.

Городские стоки и твердые отходы, отходы при рубках леса и деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источники сильного загрязнения природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики эффективно в экологическом отношении.

Однако неблагоприятные воздействия на объекты природной среды при энергетическом использовании биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины дает большое количество твердых частиц, органических компонентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Другим экологическим последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.

По сравнению с древесиной биогаз – более чистое топливо, непроизводящее вредных газов и частиц. Вместе с тем необходимы меры предосторожности при производстве и потреблении биогаза, так как метан взрывоопасен.

Поэтому при его хранении, транспортировке и использовании следует осуществлять регулярный контроль для обнаружения и ликвидации утечек.

При ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол образуется большое количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), являющихся серьезным источником загрязнения среды, поскольку их вес в несколько раз (до 10) превышает вес этилового спирта.

Неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:

выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ, окиси углерода, биогаза, биоспирта;

выброс тепла, изменение теплового баланса;

– – –

обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;

взрывоопасность;

большое количество отходов в виде побочных продуктов (промывочные воды, остатки перегонки).

– – –

18. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

18.1. Проблема взаимодействия энергетики и экологии

18.2. Экологические последствия развития солнечной энергетики.................. 2

18.3. Влияние ветроэнергетики на природную среду

18.4. Возможные экологические проявления геотермальной энергетики........ 8

18.5. Экологические последствия использования энергии океана.................. 10

18.6. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок

Литература

Экология потребления.Наука и техника:Эта статья является продолжением темы развития энергетики на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Речь идёт о вкладе энергетики на возобновляемых источниках в эмиссию парниковых газов и, в целом, побочных экологических эффектах развития энергетики на основе ВИЭ.

Эта статья является продолжением темы развития энергетики на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Речь идёт о вкладе энергетики на возобновляемых источниках в эмиссию парниковых газов и, в целом, побочных экологических эффектах развития энергетики на основе ВИЭ. В ряде случаев отрицательные последствия возобновляемой энергетики для среды и общества могут быть велики - вопреки заявленным целям об улучшении экологических показателей, и каждый проект требует отдельного тщательного анализа. В целом, положительные и отрицательные экологические эффекты энергетики на ВИЭ - вопрос, ещё требующий дополнительных комплексных исследований.

Климатический аспект развития возобновляемой энергетики связан с «нулевой эмиссией CO2» при работе солнечных, ветряных, гидравлических и других энергетических станций на возобновляемых ресурсах. Действительно, в данных случаях выработка энергии идёт без сжигания углеводородного сырья и, как следствие, без выделения парниковых газов и других загрязнителей в атмосферу.

Однако ситуация сложнее, если рассматривать весь жизненный цикл производства, начиная с подготовительных стадий и включая побочные эффекты в процессе выработки энергии.

Для получения энергии необходимы изготовление и установка энергетического оборудования, создание инфраструктуры и обеспечение условий для его работы, подготовка сырья, утилизация отработанного материала и оборудования по истечении срока службы. Это требует работы металлургических, машиностроительных, сельскохозяйственных и других предприятий, использования энергии из ископаемых источников, и означает уже ненулевую эмиссию.

Учёт воздействий на окружающую среду на всех стадиях показывает, что переход к возобновляемой энергетике не всегда ведёт к снижению загрязнения среды, в том числе к снижению эмиссии CO2 и других парниковых газов.

Исследования побочных эффектов (в том числе экологических) возобновляемой энергетики в комплексе имеют сравнительно недавнюю историю, а в последнее время об этом заговорили активнее. Одна из недавних заметных работ - труд норвежского исследователя, научного сотрудника и руководителя проектов Западно-норвежского исследовательского института (Western Norway Research Institute, WNRI) Отто Андерсена (Otto Andersen) «Непреднамеренные последствия возобновляемой энергетики. Проблемы, требующие решения». Работа Андерсена использует ранее собранную разными исследователями информацию по отдельным видам энергии и регионам, на основе которых выстраивается обобщённая картина экологических рисков возобновляемой энергетики.

Ключевые понятия и подходы связаны с анализом жизненного цикла (Life Cycle Analysis, LCA) и оценкой так называемых «встречных эффектов», «эффектов отскока» или «обратных эффектов» - rebound effects, что в отечественной литературе переводят как «восстановительные эффекты» или, без перевода, «ребаунд-эффекты».

Основное внимание с позиций анализа жизненного цикла и встречных эффектов уделено биоэнергетике (выращиванию энергетических культур для производства биотоплива), солнечной фотовольтаической энергетике, некоторым аспектам водородной энергетики и использованию электромобилей.

Ряд вопросов остаётся открытым, исследования побочных эффектов в возобновляемой энергетике пока нельзя назвать достаточно хорошо изученной темой, хотя в предыдущие годы по данной тематике был проведён ряд локальных исследований и экспериментов.

Возобновляемая энергетика и эмиссия парниковых газов

Если говорить об эмиссии парниковых газов, то разные виды возобновляемой энергетики, по выражению Андерсена, вовсе не являются «равнозелёными» (equally green), если рассматривать их с позиций полного жизненного цикла. Основной показатель, с точки зрения эмиссии парниковых газов, связанной с производством энергии, используемый в том числе Андерсоном, - это количество грамм-эквивалента СО2 на единицу произведённой энергии, в частности, для электроэнергетики принимается 1 кВт·ч, то есть гСО2экв/кВт·ч.

В данном случае важна методика расчёта и исходные допущения - прежде всего, для какого интервала времени идёт расчёт, а также загрузка производственных мощностей (коэффициент использования установленной мощности, то есть КИУМ) и, соответственно, ожидаемая выработка энергии за определённый промежуток времени. Картина здесь та же, что и с расчётом выровненных затрат (Levelized Costs, LC) на производство единицы энергии. Чаще всего используется 20-летний интервал.

Анализ жизненного цикла даёт следующие показатели эмиссии для разных типов производства электрической энергии [гСО2экв/кВт·ч]: ветряная - 12; приливная - 15; гидравлическая - 20; океаническая волновая - 22; геотермальная - 35; солнечные (фотовольтаические) батареи - 40; солнечные концентраторы - 10; биоэнергетика - 230.

Это, однако, в любом случае на порядок меньше величин, приводимых для энергетики, работающей на ископаемом сырье : угольная - 820; газовая - 490. В то же время, самой «экологически безопасной», в данном смысле, является атомная энергетика, где показатель эмиссии гСО2экв/кВт·ч составляет всего 12, то есть этот параметр равен самым низким показателям энергетики на возобновляемых источниках. Очевидно, что распределение эмиссии парниковых газов по стадиям жизненного цикла производства для разных типов энергетики кардинально различается (рис. 1, табл. 1).

В случае с ветряной, солнечной, геотермальной и гидроэнергетикой основная экологическая нагрузка приходится на стадию производства материалов, оборудования и строительства станций. Сходная структура и у атомной энергетики. У энергетики, работающей на ископаемом топливе, основная часть эмиссии приходится на период работы станции, для которой необходимо сжигание топлива. То же верно и для биоэнергетики. Таким образом, здесь мы тоже можем провести аналогию со структурой затрат - в первом случае «экологические затраты» относятся, скорее, к категории постоянных, во втором - к категории переменных. В первом случае преимущества сильнее проявляются на более длительных интервалах времени. Во втором случае сократить разрыв в «углеродно-эмиссионной ёмкости производства» можно за счёт технологий, позволяющих сокращать расход топлива и систем улавливания парниковых газов. В данном случае, при сравнении «эмиссионной ёмкости» ветряных и угольных электростанций допускается временной интервал 20 лет и КИУМ ветростанций составляет 30-40 %.

Основное внимание с позиций анализа жизненного цикла и встречных эффектов уделено биоэнергетике (выращиванию энергокультур для производства биотоплива), солнечной фотовольтаической энергетике, некоторым аспектам водородной энергетики и использованию электромобилей

Следует учитывать, что выше приведены грубые усреднённые (медианные) значения, здесь не может быть большой точности. Очень много зависит от технологии и конкретных условий производства. Данные различных исследований и разных источников могут кардинально расходиться. В частности, для ветроэнергетики разброс может составлять от 2 до 80 гСО2экв/кВт·ч (onlinelibrary.wiley.com).

Для ГЭС показатель гСО2экв/кВт·ч может достигать 180. А «нижние» значения для электростанций на ископаемом топливе - 200-300 гСО2экв/кВт·ч.

Причины, по которым эмиссия парниковых газов может достигать высоких значений для жизненных циклов гидроэлектростанций, солнечных, биоэнергетических и геотермальных станций, различны. В случае с ГЭС это, прежде всего, формирование водохранилища при плотине, в котором может формироваться застойный режим с микро био логическим разложением органического материала в приплотинной зоне, что вызывает рост эмиссии СО2 и СН4 (метана). Сходные процессы возможны и в зонах приливных электростанций. В солнечной фотовольтаической энергетике основные проблемы связаны с процессом производства солнечных батарей, ведь среди прочих рисков для среды и здоровья он приводит к эмиссии ряда соединений фтора - гексафторэтана C2F6, трёхфтористого азота NF3, гексафторида серы SF6, являющихся мощными парниковыми газами. В случае с геотермальной энергетикой многое зависит от состава энергоносителя - термальной воды, отличающейся высокой температурой и минерализацией со сложным химическим составом. В процессе её использования и утилизации возможно как непосредственное тепловое загрязнение среды, так и выделение в почву, воду и атмосферу ряда химических соединений, включая парниковые газы.

Эмиссия парниковых газов при использовании биоэнергии происходит на всех стадиях. Прежде всего, она происходит на стадии выращивания энергетических культур, в частности, рапса и масличной пальмы. Интенсивная культивация рапса требует большого количества азотных удобрений, что ведёт к росту эмиссии мощного парникового газа - двуокиси азота N20, являющейся, кроме того, разрушителем озонового слоя.

В среднем, как видно, несмотря на ребаунд-эффект, эмиссия парниковых газов в жизненном цикле возобновляемых источников энергии остаётся существенно ниже по сравнению с невозобновляемыми энергетическими ресурсами (за исключением атомной энергетики)

Большие плантации масличной пальмы были созданы в Юго-Восточной Азии (Индонезии, Малайзии, Таиланде) на торфяно-болотных землях, являющихся естественными «ловушками» и «кладовыми» углерода, и на месте тропических и экваториальных дождевых лесов, выполняющих роль «лёгких планеты». Это вызвало быстрое разрушение почвенного покрова, нарушение естественного режима поглощения углерода и, соответственно, рост поступления парниковых газов (СО2 и СН4) в атмосферу. При худших сценариях масштабный переход от ископаемого к биотопливу может не уменьшить, а даже увеличить эмиссию парниковых газов на величину до 15 %.

Другой, пока практически неизученный аспект - возможное снижение общего альбедо (отражающей способности) Земли при масштабном распространении энергетических культур, что теоретически может стать фактором потепления климата.

На стадии эксплуатации - сжигания биотоплива (на транспорте и энергетических станциях), обычно производимого в смеси с ископаемым топливом, также образуются, как выясняется, новые химические соединения, несущие как токсическую, так и парниковую опасность. Рост эмиссии парниковых газов как следствие действий по её сокращению - один из примеров ребаунд-эффекта.

В среднем, как видно, несмотря на этот эффект, эмиссия парниковых газов в жизненном цикле возобновляемых источников энергии остаётся существенно ниже по сравнению с невозобновляемыми энергетическими ресурсами (за исключением атомной энергетики).

В то же время, это далеко не во всех случаях так, и каждый конкретный проект или программа развития энергетики на возобновляемых источниках требует тщательного анализа, в том числе с экологических позиций - всегда заведомо «более зелёными» по сравнению с другими вариантами их считать нельзя.

Другие побочные эффекты

Помимо эмиссии парниковых газов в качестве встречного эффекта, энергетика на ВИЭ имеет и другие побочные экологические последствия. ГЭС и приливные электростанции меняют режимы течений и температур рек и морских заливов, становятся барьерами на путях миграции рыб и других потоков вещества и энергии. Кроме того, один из существенных побочных эффектов ГЭС - затопление территорий, пригодных для расселения, сельскохозяйственной и другой деятельности.

При этом на берегах водохранилищ при ГЭС могут развиваться оползневые процессы, возможны изменения местных климатических условий и развитие сейсмических явлений. Застойный водный режим в водохранилищах способен провоцировать не только рост эмиссии парниковых газов, но и накопление вредных веществ, представляющих угрозу в том числе для здоровья человека.

Отдельную опасность могут представлять прорывы и обрушения плотин ГЭС - особенно в горных и сейсмоопасных районах. Одна из крупнейших катастроф такого рода произошла в 1963-м году на реке Вайонт (Vajont) в итальянских Альпах, где в водохранилище при плотине ГЭС сошёл гигантский оползень, вызвавший перелив волны через плотину и образование «цунами» высотой до 90 м. Огромной волной было снесено несколько населённых пунктов, погибло более 2000 человек.

Геотермальная энергетика несёт риски химического загрязнения воды и почвы - термальные флюиды, помимо углекислого газа, содержат сульфид серы H2S, аммиак NH3, метан CH4, поваренную соль NaCl, бор B, мышьяк As, ртуть Hg. Возникает проблема утилизации опасных отходов. Кроме того, возможны коррозионные разрушения конструкций самих термальных станций, а выкачивание термальной воды может вызывать деформации слоёв горных пород и локальные сейсмические явления, сходные с теми, что возникают при любом горнодобывающем производстве или заборе межпластовых грунтовых вод.

Биоэнергетика связана с отчуждением сельскохозяйственных земель (и других ресурсов) для выращивания энергетических культур, что при масштабном переходе к использованию биоэнергии может обострить продовольственную проблему в мире.

Самый грубый расчёт показывает, что выращивание рапса или подсолнечника в качестве сырья для биотоплива может дать в итоге около тонны биотоплива с 1 га обрабатываемой земли. Общий объём потребления энергии в мире достигает 20 млрд тонн в год в нефтяном эквиваленте. Замещение этого объёма биотопливом всего на 10 %, или на 2 млрд тонн, потребовал бы отчуждения порядка 2 млрд га земли, то есть около 40 % всех сельскохозяйственных угодий мира или 15 % всей площади земной суши, исключая Антарктиду. Масштабное распространение энергетических монокультур снижает биоразнообразие, как прямо, так и косвенно, через ухудшение условий обитания многих видов флоры и фауны.

На стадии сжигания биологического топлива, в частности, на транспорте, при его смешивании с ископаемым топливом (обычным дизелем или бензином) и использовании добавок, позволяющих лучше работать в зимних условиях, идёт образование новых химических соединений, токсичных и канцерогенных по своим свойствам. Это показали, в частности, наблюдения и эксперименты в рамках исследования «Влияние биокомпонентного состава топлива на эмиссию дизельных двигателей и ухудшение дизельного масла» (Influence of biocomponents content in fuel on emissions from diesel engines and engine oil deterioration).

В этой связи сравнительно предпочтительной выглядит водорослевая энергетика - получение энергетического сырья из водорослей. Среди известных культур - такие как Botryococcus bran-nil и Arthrospira (Spirulina) platensis. Водоросли, по сравнению с «сухопутными» энергокультурами, отличаются более высокой (в определённых условиях - на порядок выше) продуктивностью на единицу площади в единицу времени и более высоким содержанием жиров (липидов) - исходного сырья для производства биотоплива. Кроме того, выращивание водорослей не связано с отчуждением продуктивных сельскохозяйственных земель, созданием сложных конструкций и оборудования, использованием большого объёма удобрений. При этом водоросли - один из мощных поглотителей углекислого газа и продуцентов кислорода. В связи с этим, это направление возобновляемой энергетики, пока недостаточно разработанное, можно считать весьма перспективным и с производственных, и с экологических позиций.

Ветроэнергетика - наименее опасная с точки зрения эмиссии парниковых газов и загрязняющих веществ, вызывает в то же время ряд претензий экологов по другим позициям. Они включают шумовое загрязнение местности, «эстетическое загрязнение», риск воздействия вращающихся лопастей на психику. Другая группа претензий связана с воздействием на фауну - в частности, ветряки могут отпугивать птиц и вызывать их гибель при столкновении с лопастями.

Проблема, также нарастающая со временем, особенно по мере строительства офшорных (морских) ветростанций - проблемы с доступностью для сервисных и аварийных служб, затруднения в обслуживании, устранении поломок и аварийных ситуаций, в частности, при возгорании ветрогенераторов

Накопленный опыт эксплуатации ветрогенераторов, насчитывающий в Западной Европе уже около 20 лет, показывает, что эти претензии носят скорее умозрительный характер - во всяком случае, при данной плотности ветрогенераторов и соблюдении определённых мер безопасности, в частности, размещение ветрогенераторов на расстоянии не менее нескольких сотен метров от жилых кварталов. Более реальными выглядят другие проблемы. Одна из них очевидна - ветроэлектростанции требуют больших площадей, и существуют некие пределы их установки на территориях с высокой плотностью населения и инфраструктуры. Другая проблема, становящаяся со временем всё более насущной - утилизация отработавших свой ресурс лопастей ветротурбин, построенных из композитных материалов и несущих высокий потенциал загрязнения среды.

Следующая проблема, также нарастающая со временем, особенно по мере строительства офшорных (морских) ветростанций - проблемы с доступностью для сервисных и аварийных служб, затруднения в обслуживании, устранении поломок и аварийных ситуаций, в частности, при возгорании ветрогенераторов.

Все перечисленные выше проблемы могут усилиться, создавая мультипликативный эффект, при более широком распространении ветроэнергетики. В настоящее время на неё приходится около 9 % общего объёма производства электроэнергии в Германии, около 5 % в Италии, 18 % - в Испании. В других крупных странах-производителях электроэнергии это существенно меньшая доля, в среднем же в мире она составляет около 2,5 %. К каким эффектам может привести наращивание ветроэнергетических мощностей в два-три раза и более - отдельный вопрос для изучения.

В солнечной энергетике основные экологические риски связаны с использованием большого количества токсичных и взрывных компонентов при изготовлении солнечных батарей. В частности, солнечные батареи содержат теллурид кадмия CdTe, сульфид кадмия CdS, арсенид галлия GaAs, а в процессе производства используется фтор, создающий ряд токсичных соединений. Это создаёт проблемы сначала на стадии производства, а затем на стадии утилизации батарей, отработавших свой ресурс. Эта проблема также неизбежно будет нарастать со временем. Другая проблема производства солнечных батарей - большие объёмы потребления воды. По американским данным, потребление воды высокой степени очистки для производства 1 МВт мощностей - около 10 л/мин.

Интегральный показатель, применяемый для оценки вреда того или иного вида деятельности для общества и среды, - это внешние, или экстернальные издержки (external costs), не включённые в цену продукта издержки, которые несёт общество в целом, то есть причинённый социально-экономический и социально-природный ущерб. Внешние издержки включают в себя вред для здоровья людей, коррозию и другие повреждения, наносимые материалам и конструкциям, снижение урожаев и др.

В оценке внешних издержек многое зависит от исходных допущений, они могут резко различаться по странам. В частности, для стран ЕС диапазон внешних издержек производства электроэнергии (евроцентов за кВт·ч) для различных источников энергии составляют (по данным ec.europa.eu): уголь - 2-15; нефть - 3-11; газ - 1-4; атомная энергия - 0,2-0,7; биомасса - 0-5; гидроэнергия - 0-1; солнечная (фотовольтаическая) энергия - 0,6; ветер - 0-0,25.

Для Германии (крупнейшего производителя электроэнергии в Европе с широким развитием энергетики на основе возобновляемых источников энергии) внешние маржинальные (переменные) издержки производства электроэнергии различными источниками оцениваются в следующие величины (евроцентов за кВт·ч): уголь - 0,75; газ - 0,35; атомная энергия - 0,17; солнечная - 0,46; ветряная - 0,08; гидроэнергия - 0,05.

Здесь мы также видим, что энергетика на ВИЭ несёт в среднем заметно меньшие издержки для общества, чем получение энергии из ископаемого сырья.

В то же время, атомная энергетика обнаруживает не менее высокую экологическую конкурентоспособность, несмотря на то, что в связи с известными катастрофами на АЭС в Чернобыле и Фукусиме её репутация в глазах общества заметно подорвана.

Развитие энергетики на ВИЭ требует дополнительного использования невозобновляемых ресурсов: сырья для удобрений в случае с биоэнергетикой, металла для оборудования и строительных конструкций, ископаемого природного газа для производства водородного топлива, энергии из ископаемых источников для работы данных производств

Дополнительные сложности и проблемы связаны с тем, что стадии жизненного цикла могут быть распределены по разным странам. В частности, начальные стадии, на которые приходится основная часть внешних издержек, такие, как выращивание энергетических культур или производство солнечных батарей, чаще проходят за пределами Европы и Северной Америке. Так, на данный момент почти 60 % всех солнечных батарей в мире производится в Китае.

Операционная стадия, на которую в случае с ВИЭ приходится минимальная доля издержек, связана с западными странами - потребителями «зелёной» энергии, а издержки завершающей стадии - утилизации, также могут выноситься в другие регионы.

Иными словами, в случае с энергетикой на основе ВИЭ также возможны ситуации, когда основные выгоды получают одни группы, а издержки ложатся на других. Распределение выгод и издержек - также важный вопрос, имеющий уже социальное измерение.

Фундаментальная же проблема состоит в том, что развитие энергетики на ВИЭ требует дополнительного использования невозобновляемых ресурсов: сырья для удобрений в случае с биоэнергетикой, металла для оборудования и строительных конструкций, ископаемого природного газа для производства водородного топлива, энергии из ископаемых источников для работы данных производств. Соответственно, наращивание производства энергии за счёт ВИЭ будет требовать и роста потребления невозобновляемых ресурсов. Положение вещей, при котором можно будет говорить о безусловном успехе и состоятельности возобновляемой энергетики - создание полных производственных циклов, где производство возобновляемой энергии обеспечивается из возобновляемых же источников. опубликовано

Россия имеет огромный потенциал и обширную базу для развития возобновляемой энергетики

В современном индустриальном обществе (и в условиях безудержного роста потребления товаров, имеющих намеренно укороченный срок использования) энергетика является масштабным загрязнителем природы.

На текущем этапе развития науки и техники каждый сегмент мирового энергетического хозяйства оказывает деструктивное влияние на окружающий мир. В полной мере это касается и сферы возобновляемых источников энергии (ВИЭ), поскольку абсолютно «чистых» энергоносителей и ВИЭ-устройств пока не существует, хотя бы по той причине, что объекты возобновляемой энергетики в любом случае изменяют естественный ход энерго- и массообмена биосферы.

При этом экологические ВИЭ-факторы, прямые и косвенные, отличаются широким разнообразием и силой воздействия. Они возникают как на этапах строительства, производства, эксплуатации и утилизации ВИЭ-оборудования, так и в технологической цепочке применения «зеленых» энергоносителей, причем иногда скрытно и с непредсказуемыми последствиями в длительной перспективе.

Например, строительство плотин ГЭС может приводить к снижению уровня жизни населения, деградации экосистем и рыбных ресурсов, причем в долгосрочной перспективе .

Ветровая энергетика может являться источником негативного воздействия для птиц, летучих мышей, водных обитателей и человека, создавать радиочастотные помехи. Геотермальная энергетика потенциально опасна с точки зрения возникновения оползней и провалов почвы, а также землетрясений.

Применение силовых ВИЭ-устройств неразрывно сопряжено с использованием накопителей энергии (химических, тепловых, электрических, механических, вырабатывающих промежуточные типы энергоносителей, например водород и т.д.), которые также загрязняют окружающую природу.

В сегменте биомассы экологическая нагрузка возникает уже на этапе получения сырья (в ходе сельскохозяйственных работ, в результате использования ГМ-растений, вырубки лесов с целью расширения посевных площадей и т.д.), при производстве соответствующего промышленного оборудования, функционировании и утилизации ВИЭ-установок (выбросы и отходы различных видов), в процессе выпуска биотоплива, а также эксплуатации транспортных средств, применяющих био- или смешанное топливо (увеличивается вероятность сокращения технического ресурса двигателя, возникает необходимость применения специального автомобильного оборудования, внедрения новых видов смазочных материалов и т.д.). Однако следует отметить, что при выращивании биомассы происходит активное поглощение СО 2 из атмосферы в результате реакции фотосинтеза, поэтому с точки зрения баланса (разницы между суммарным поглощением и суммарными выбросами СО 2) эмиссии «парниковых» газов в течение всего жизненного цикла данный сектор ВИЭ является нетто-абсорбентом двуокиси углерода .

В мире экологический аспект использования ВИЭ начали активно изучать несколько десятилетий назад, в том числе СССР. В настоящее время обширная база данных накоплена в США; в ЕС соответствующей обобщенной статистической информации за длительный период наблюдения отсутствует ввиду относительной «новизны» вопроса .

Как возобновляемая энергетика начала завоевывать современный мир?

Запрос на расширение использования ВИЭ сформировался еще во второй половине XX века, когда трансформация нефтяного рынка, создание нефтяного картеля ОПЕК и последующие нефтяной и экономический кризисы 1970‑х годов вскрыли уязвимость экономики западных государств — импортеров углеводородов от внешних поставок сырья. Перед соответствующими национальными правительствами остро обозначились задачи не только по поиску путей снижения энергопотребления и оптимизации импорта ископаемого топлива, но и возможностей применения альтернативных видов энергоносителей .

В конце 70‑х годов ученые СССР констатировали: «Серьезность стремлений ведущих капиталистических стран к широкому поиску самых разнообразных вариантов удовлетворения энергетических потребностей в будущем подтверждается масштабами проводимых работ, быстрым накоплением новых результатов исследований и разработкой все более отдаленных по ожидаемым датам освоения проектов» .

В 2000‑х годах страны ОЭСР, уже обладая достаточным объемом знаний и капитала, взяли курс на новый технологический уклад и обозначили инновационную цель — создание низкоуглеродной экономики на базе новейших достижений науки и техники. В итоге возобновляемая энергетика, сферы энергоэффективности, энергосбережения, а также сектор сбора СО 2 получили статус экономических «моторов», новых «точек» роста и масштабную государственную поддержку.

В то же время надо понимать, что к решениям и технологиям, предлагающим пути снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду (и теорию «парникового» эффекта в качестве аргумента), традиционно примешиваются политика и интерес капитала, предполагающий максимальное извлечение прибыли. Это вносит свои коррективы в качественное и количественное наполнение корзины сопутствующих экологических ВИЭ-рисков, причем абсолютно полными и объективными соответствующими данными общество пока не располагает.

До дальнейшего рассмотрения данной проблематики целесообразно обозначить масштаб вовлечения возобновляемых ресурсов в деловой оборот и основные области использования ВИЭ.

Итак, в начале второго десятилетия наступившего века ВИЭ-установки укоренились на всех «этажах» мирового хозяйства (от микро- до макроуровня) и в ряде экономик, потеснив углеводородные энергоносители (а в ФРГ и атомную энергию), получили широкое применение в производстве электрической и тепловой энергии, а также на транспорте, флоте и в авиации.

В 2001 году в структуре глобального энергопотребления доля ВИЭ (без учета крупных ГЭС) оценивалась в 0,5%, а к началу второго десятилетия данный показатель приблизился к 1,6% (с учетом крупных ГЭС — 8,1%). Это в абсолютном выражении составило весьма ощутимую величину - 195 миллионов т.н.э. (986,3 миллиона т.н.э.). Для сравнения, в 2011 году суммарное потребление первичной энергии (всех видов энергоносителей) в Великобритании находилось на уровне 198 миллионов, Италии — 168 миллионов, Испании — 146 миллионов т.н.э .

В глобальном масштабе проявились страны, в которых без использования ВИЭ экономическая деятельность стала затруднительной и даже невозможной. Например, Норвегия зависит от ВИЭ на 65%, Бразилия — на 39%, Канада — на 27%, Дания, Испания и Германия — на 18, 13 и 9% соответственно .

В докризисный 2007 год в мировом производстве электроэнергии на долю ВИЭ приходилось около 18%, при этом основным источником являлась энергия воды (ГЭС) — 86,8% .

Необходимо подчеркнуть, что приведенные данные базируются на официальных статистических данных, полученных по методикам, предполагающим наличие определенной погрешности; в мире реальный объем использования ВИЭ (например, с учетом сжигания дров) не поддается точному учету.

Вернемся к экологическому аспекту ВИЭ

Для обобщенной оценки прямого и косвенного влияния на окружающую среду и в качестве грубого инструмента сравнения недостатков и достоинств объектов возобновляемой энергетики могут быть использованы различные критерии оценки, например такие, как:

Влияние на земельные ресурсы;

Воздействие на животный и растительный мир;

Влияние на человека;

Влияние на водные ресурсы.

В связи с доктриной «чистого» развития общепринятыми являются также показатели, оценивающие эмиссию «парниковых» газов в СО2-эквиваленте, образующихся во время всего жизненного цикла ВИЭ-оборудования .

Рассмотрим основные параметры, характеризующие степень влияния различных видов ВИЭ на окружающую среду и по возможности сопоставим их с показателями для углеводородных энергоносителей.

Энергия ветра широко используется в производстве электрической энергии. В глобальном масштабе она обладает значительным техническим ресурсом, высокой степенью доступности и постоянства, а также относительной дешевизной. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) могут располагаться как на суше, так и в прибрежных водах на морском шельфе. Перечисленные достоинства позволяют энергии ветра конкурировать с ископаемым топливом; в 2011 году в структуре производства электроэнергии ЕС на долю данного энергоносителя приходилось более 6% .

При наземном расположении оборудования напрямую задействуется небольшой участок суши в виде круга площадью 5—10 диаметров ветрового колеса ВЭУ, а кабельное хозяйство прокладывается под землей. Согласно исследованию National Renewable Energy Laboratory (США), общий размер земельного участка находится в пределах от 12—57 га из расчета на 1 МВт проектной мощности установки, при этом постоянно занятой является лишь его небольшая часть — не менее 0,4 га/МВт, а 1,5 га/МВт — временно (в основном — при строительстве) .

Таким образом, основная территория вокруг башни ВЭУ может быть задействована для других нужд, например строительства нежилых и инфраструктурных объектов, выпаса домашнего скота и т. д. Кроме того, ВЭУ могут размещаться на землях, непригодных для земледелия или иных хозяйственных нужд, а также в промышленных зонах, что существенно повышает привлекательность данного вида ВИЭ с точки зрения использования земельного ресурса.

ВЭУ, размещенные на поверхности моря, занимают более обширную площадь, чем наземные установки, поскольку имеют значительные габариты и кабельное хозяйство, проложенное по морскому дну. Они могут создавать трудности для судоходства, рыболовства, туризма, добычи песка, гравия, нефти и газа.

ВЭУ оказывают влияние на живую природу, в первую очередь на птиц, которые гибнут как при непосредственном столкновении с ветротурбинами, так и вследствие разрушения среды обитания из-за искусственного изменения природных потоков воздушных масс (конец лопасти ветроколеса может перемещаться с линейной скоростью около 300 км/ч).

В США влияние ветроустановок на среду обитания птиц и летучих мышей непрерывно изучается. По данным National Wind Coordinating Committee (NWCC), в год погибает 11,7 особей птиц и 43,2 летучих мышей из расчета на 1 МВт установленной мощности ВЭУ, при этом специалисты полагают, что это не представляет опасности для видовых популяций .

Сокращению смертности пернатых и летучих мышей способствуют оптимальный выбор места размещения оборудования, технические решения (например, полная остановка ВЭУ при скорости ветра ниже определенного уровня, отключение ВЭУ в период миграции птиц и т. д.), а также учет иных локальных условий, выявленных в процессе эксплуатации подобного оборудования.

ВЭУ морского базирования также приводят к гибели птиц, однако в меньшей степени по сравнению с наземными комплексами. К основному негативному влиянию ВЭУ данного типа относят возможное снижение популяции морских обитателей и создание искусственных препятствий (рифов).

На человека ВЭУ может оказывать вредное воздействие как источник высокочастотного и низкочастотного излучения, путем визуального влияния (эффект мерцания, нарушение красоты природного ландшафта — появление новых «достопримечательностей» и т. д.), в случае падения фермы или механического разрушения ВЭУ. Кроме того, несчастные случаи могут происходить в процессе технического обслуживания и ремонта оборудования, при столкновении с ВЭУ летательных аппаратов. Степень влияния перечисленных факторов во многом зависит от конструкции ветроустановки, места ее расположения, производственной дисциплины и полноты выполнения надлежащих организационных мероприятий. Считается, что при соблюдении всех требований, негативное воздействие ВЭУ на человека минимально .

Влияние ВЭУ на водные ресурсы незначительно. Вода используется лишь в процессе производства комплектующих установки и при строительстве цементного основания ветротурбины.

Объем вредных выбросов в СО 2 -эквива-ленте, связанный с жизненным циклом ВЭУ, гораздо ниже, чем аналогичный показатель для тепловых электростанций и находится, как правило, в пределах 10‑20 г/кВт -ч (для газовых станций — 270—900, угольных — 630—1600 г/кВт- ч) .

Энергия Солнца обладает огромным ресурсом и может применяться в производстве тепловой энергии (солнечные коллекторы и т. д.) и электрической энергии (фотогальванические установки, солнечные концентраторы, геомембранные станции и т. д.); степень влияния на окружающую среду в значительной мере зависит от конструкции и мощности солнечного оборудования.

Площадь земной поверхности, используемая системами, работающими на базе солнечной энергии, определяется типом установки. Станции малой мощности могут минимизировать эту нагрузку и располагаться на крышах зданий или интегрироваться в различные элементы строений (стены, окна и т. д.), а промышленные установки могут задействовать обширную территорию. Данный показатель для фотогальванических установок (ФГУ) лежит в пределах 1,5—4 га/МВт, солнечных концентраторов — 1,5—6 га/МВт.

Существуют проекты солнечных концентраторов, занимающих значительную площадь земной поверхности (сопоставимой с аналогичным показателем для ТЭЦ и АЭС). Однако элементы могут размещаться на территориях, непригодных для выращивания сельскохозяйственных культур, вдоль инфраструктурных объектов, на полигонах захоронения бытовых отходов или иных площадях с целью снижения воздействия на флору, фауну и человека .

В процессе эксплуатации воздействие на водные ресурсы со стороны ФГУ минимально; вода используется лишь в процессе производства компонентов солнечной батареи. Однако конструкция солнечных коллекторов предполагает использование воды в качестве теплоносителя, а в некоторых типах солнечных концентраторов расход воды (для охлаждения системы) может достигать 2,5 тысяч л/МВт- ч.

Негативное влияние на человека определяется в основном процессом изготовлений кремниевых элементов ФГУ, при котором возможен контакт с вредными и токсичными веществами (соляная, серная и азотная кислоты, ацетон, фтористый водород, арсенид галлия, теллурид кадмия, медно-индиевый или медно-галлиевый диселенид и др.). В производстве тонкопленочных модулей используется меньший объем вредных веществ, тем не менее оно также требует строгого соблюдения мер безопасности.

Объем выбросов СО 2 для ФГУ составляет 36—80 г/кВт-ч, солнечных концентраторов — 36—90 г/кВт-ч.

Геотермальная энергия, извлекаемая из глубин земли (от 200 метров до 10 километров), может использоваться для производства электрической и/или тепловой энергии, а также холода и пара как путем преобразования (с использованием паровых турбин), так и напрямую (закачиванием скважинной жидкости в системы зданий). По состоянию на начало 2010 года в мире суммарная мощность геотермальных станций, вырабатывающих электроэнергию, составила примерно 11 ГВт, тепловую энергию — около 51 ГВт .

Станции этого типа создаются как в регионах, мало пригодных для земледелия, так и в природоохранных зонах. Они могут занимать достаточно обширную территорию, например крупнейший в мире геотермальный комплекс The Geysers (США) располагается на площади более чем 112 квадратных километров, что соотносится с удельным показателем площади на единицу мощности в 15 га/МВт (эл.) .

В горных районах планеты бурение скважин и использование технологий, сходных с гидроразрывом пласта, могут провоцировать землетрясения, а забор теплоносителя из природных подземных резервуаров — вызывать оползни и провалы грунта (поэтому, как правило, он закачивается обратно в пласт). В целом влияние геотермальной установки на животный, растительный мир и человека находится в прямой зависимости от конструкции системы, типа энергоносителя, принятых мер безопасности и других факторов и, несмотря на указанные недостатки, находится на достаточно низком уровне.

В водяном контуре охлаждения подобного оборудования расход чистой воды может варьироваться в пределах 6—19 тысяч л/МВт-ч, при этом некоторые типы станций могут обходиться без забора воды из внешнего источника путем использования скважинной жидкости .

Геотермальные станции являются источником загрязнения атмосферы, выбрасывая двуокись серы, а также сероводород, оксиды углерода, аммиак, метан, бор и другие вещества, что может провоцировать легочные заболевания и болезни сердца у человека. Тем не менее, считается, что в данном секторе генерации эмиссия SO 2 в десятки раз меньше по сравнению с угольными тепловыми электростанциями.

В целом при данной технологии объем загрязнения оценивается в 90 г/кВт-ч в СО 2 -эквиваленте, однако для систем с замкнутым рабочим контуром данный показатель ограничивается выбросами, произведенными при изготовлении оборудования.

Биомасса имеет широкое применение в производстве тепловой и электрической энергии, жидкого и газообразного моторного топлива, причем не только для автомобильного транспорта, но и летательных аппаратов, а также судов.

Влияние данного сегмента ВИЭ на земельный ресурс, растительный, животный мир и человека может быть достаточно значительным. Так, например, для расширения посевных площадей технических культур может истребляться лесной фонд, что приводит к сокращению ареала многих видов животных; увеличение площади соответствующих посевов на землях сельскохозяйственного назначения обостряет конфликт с продовольственным сектором.

В то же время в мире образуется значительное число биологических отходов, переработка которых способствует очищению окружающей среды.

Традиционно биомасса (древесные отходы и уголь, солома, некоторые виды отходов сельского хозяйства и животноводства, твердые бытовые отходы и т. д.) используется путем сжигания. В этом случае по степени воздействия на окружающую среду она сходна с углеводородными энергоносителями, однако при этом ее преимуществом является возобновляемость.

Развитие современных технологий идет в направлении создания методов производства биотоплива второго и последующих поколений (метанола, этанола, биодизельного и синтетического топлива, реактивного топлива, биометана, водорода и т. д.) путем пиролиза, газификации, биологической и химической переработки, гидрирования и т. д., позволяющих эффективно перерабатывать все виды биологического сырья, в первую очередь — лигноцеллюлозу. Внедрение соответствующих промышленных решений (в ЕС это намечено на период после 2015 года) позволит вывести отрасль на качественно новый уровень и смягчить ее влияние на сельское хозяйство и продовольственный сектор. В долгосрочной перспективе предполагается неуклонное наращивание выпуска биоэтанола и биотоплива, причем их стоимость также будет расти (ожидается, что к 2021 году на глобальном рынке цена биодизельного топлива в номинальном выражении стабилизируется вблизи отметки 1,4 доллара за 1 литр, биоэтанола — 0,7 доллара за 1 литр) .

Воздействие сектора биомассы на водные ресурсы может быть весьма значительным (в зависимости от региона), поскольку для повышения урожайности технических культур требуется определенное количество влаги .

Кроме того, загрязнение поверхностных вод региона может происходить вследствие применения удобрений и пестицидов.

В секторах производства тепловой и электрической энергии при использовании биотоплива потребление воды чаще всего находится в пределах 1 тысячи — 1,7 тысячи л/МВт-ч, однако для технических нужд в системе охлаждения может быть задействовано гораздо большее количество — до 185 тысяч л/МВт-ч .

При использовании биомассы как путем непосредственного сжигания, так и с применением методов ее различных преобразований в промежуточные источники энергии образуются вредные вещества (оксиды углерода, азота, серы т. д.). При этом сравнительный анализ выбросов СО2 относительно углеводородов (газа, угля, нефтепродуктов) показывает, что данный показатель в значительной мере зависит от типов технологии и топлива (в среднем — 18—90 г/кВт-ч) и в некоторых случаях для биомассы он выше, чем для остальных видов энергоносителей.

Энергия воды используется ГЭС различной мощности — от микро ГЭС (несколько кВт) до крупных ГЭС (более 25 МВт), входящих в национальные энергосистемы. Влияние данного вида ВИЭ на земельный ресурс в первую очередь зависит от типа и мощности оборудования, а также рельефа местности и может достигать нескольких сотен гектаров из расчета на 1 MW установленной мощности.

Гидроэлектростанции, особенно крупные, оказывают значительное воздействие на природу и человека; оно достаточно подробно описано во многочисленных научных материалах различных организаций, например WWF .

В гидроэнергетике эмиссия «парниковых» газов для малых станций оценивается в 4,5—13,5 г/кВт-ч, для крупных ГЭС — 13—20 г/кВт-ч.

В ряде случаев ГЭС большой мощности могут являться причиной повышенного уровня выбросов двуокиси углерода и метана в результате гниения биомассы, затопленной при создании плотины.

Бездумное преследование цели по расширению доли ВИЭ в расходной части энергобаланса исходя лишь из экономических и политических соображений может обернуться гораздо более тяжелыми последствиями для экологии, а далее по цепочке — экономики в целом, чем использование ископаемого топлива. С другой стороны, нужно понимать, что полновесный учет экологических требований неизбежно приведет к сдерживанию развития энергетики и, как следствие, к новым кризисным явлениям в народном хозяйстве. Поэтому, на наш взгляд, необходимо разумно использовать возможности природы для обеспечения потребностей общества, проводить тщательную оценку и всестороннее исследование воздействия ВИЭ-объектов на окружающую среду и искать пути его ограничения и предотвращения.

В настоящее время страны ОЭСР завершают сорокалетний этап формирования современного облика возобновляемой энергетики. Они накопили соответствующий опыт, выявили перспективные направления развития отрасли и пути ее интеграции в различные секторы (электрическую и тепловую генерацию, систему снабжения жидкими видами топлив и т. д.), а также скорректировали стратегию дальнейшего продвижения ВИЭ на региональных и мировом рынках, в том числе с целью придания нового импульса развитию собственных экономик.

В период после 2015 года, по нашему мнению, в странах ОЭСР ожидается масштабное внедрение ВИЭ-технологий следующих поколений, которые в сочетании с другими достижениями НТП (созданием новых материалов, развитием информационно-коммуникационных технологий, расширением интеллектуальных энергетических сетей, широким внедрением гибридного и электрического привода на транспорте и т. д.) поднимут технологический уровень энергетики на следующую ступень.

В странах объединенной Европы возобновляемая энергетика находится на переднем рубеже процесса трансформации и интеграции энергетического рынка. Реализация масштабных ВИЭ-проектов и создание пан-европейской интеллектуальной энергетической системы призваны не только повысить уровень энергетической безопасности, но и содействовать укреплению единства государств в рамках ЕС.

Россия имеет огромный потенциал и обширную базу для развития возобновляемой энергетики с целью повышения энергоэффективности и снижения энергозатрат во всех сферах экономики, разумной диверсификации энергоснабжения многих категорий потребителей, оздоровления ситуации в секторе ЖКХ, а также усиления деловой активности предприятий малого и среднего бизнеса. Возобновляемая энергетика может стать одним из слагаемых процесса преодоления технологической отсталости России, поскольку позитивно влияет на развитие фундаментальной и отраслевой науки, высокотехнологичного производственного сектора.

Уже в среднесрочной перспективе, на наш взгляд, на отечественном рынке возможна активизация спроса на экономичное энергетическое оборудование различных типов мощности и интеллектуальные системы, позволяющие повысить автономность потребителей и оптимизировать процессы выработки энергии как на базе ВИЭ, так и в сочетании с традиционными энергоносителями.

Иностранный (и в первую очередь западноевропейский) капитал заинтересован в развитии сектора ВИЭ в ряде стран бывшего СССР в силу экономических, экологических и иных причин (ограниченности земельных и водных ресурсов ЕС, особенности регулирования оборота ГМ-культур, необходимости в дополнительных поставках «чистой» энергии, протестов жителей ряда регионов и др.). Для России это расширяет окно возможностей по привлечению активных игроков ВИЭ-рынка.

Приток соответствующих инвестиций и реализацию ВИЭ-проектов на территории РФ необходимо строго увязывать с тщательной проработкой экологической составляющей проектов (на базе опыта и знаний отечественных специалистов), импортом наиболее передовых технологий и оборудования, а также последующей максимальной локализацией производства. Абсорбция ноу-хау, негативно влияющих на окружающую среду и человека, как и пассивная роль «сырьевого придатка» в этом сегменте энергетики являются, по меньшей мере, деструктивными.

Литература

1. WWF. Плотины и развитие. Новая методическая основа для принятия решений: Отчет Всемирной комиссии по плотинам / М., 2009. — С. 65—107.

2. IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. — 2011. — Р. 732.

3. NABU-Bundesverband. Windenergie und Naturschutz. Ein unlosbarer Konflikt? — Berlin, 2012. — S. 5—7.

4. Hans R. Kramer. Die Europaeische Gemeinschaft und die Oelkrise. — Nomos. — Baden-Baden, 1974. - S. 91.

5. Е.М. Примаков, Л.М. Громов, Л.Л. Любимов и др. Новые явления в энергетике капиталистического мира / ИМЭМО РАН СССР, 1979. — С. 204.

6. BP Statistical Review of World Energy. — June 2012. — P. 40.

8. IEA. Energy Technology Perspectives 2010. — P. 126.

9. Life-Cycle Global Warming Emissions

10. EWEA. Green Growth. The impact of wind energy on jobs and the economy. — March, 2012. — P. 11.

11. Union of Concerned Scientists. http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/environmental-impacts-wind-power.html

12. National Wind Coordinating Committee (NWCC). Wind turbine interactions with birds, bats, and their habitats: A summary of research results and priority questions. — 2010. — P. 4—5.

13. The potential Heals Impact of Wind Turbines. — Chief Medical Officer of Heals, Report, May 2010.

14. The potential Heals Impact of Wind Turbines / Chief Medical Officer of Heals, Report, May, 2010.

15. US Environmental Protection Agency. Best practices for Sitting Solar Photovoltaics on Municipal Solid Waste Landfills. — February, 2013. — P. 20—22.

16. IPCC. Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, 2011. — Р. 416.

17. The Geysers. — http://www.geysers.com/geothermal.aspx

18. Macknick, et al. 2011. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies. — Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory. — Р. 12.

19. OECD-FAO. Agricultural Outlook 2011—2020. — P. 79.

20. J. C. Clifton-Brown, I. Lewandowski. Water Use Efficiency and Biomass Partitioning of Three Different Miscanthus Genotypes with Limited and Unlimited Water Supply. — April 12, 2000.

21. Macknick, et al. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies / National Renewable Energy Laboratory. — March, 2011. — P. 14.

22. WWF. Плотины и развитие. Новая методическая основа для принятия решений: Отчет Всемирной комиссии по плотинам. — М., 2009.

Игорь Матвеев, заведующий сектором топливно-энергетических ресурсов

Всероссийского научно-исследовательского конъюнктурного института, www.eprussia.ru

2015-05-15

Климатический аспект развития возобновляемой энергетики связан с «нулевой эмиссией CO 2 » при работе солнечных, ветряных, гидравлических и других энергетических станций на возобновляемых ресурсах. Действительно, в данных случаях выработка энергии идёт без сжигания углеводородного сырья и, как следствие, без выделения парниковых газов и других загрязнителей в атмосферу.

Исследования побочных эффектов (в том числе экологических) возобновляемой энергетики в комплексе имеют сравнительно недавнюю историю, а в последнее время об этом заговорили активнее. Одна из недавних заметных работ — труд норвежского исследователя, научного сотрудника и руководителя проектов Западно-норвежского исследовательского института (Western Norway Research Institute, WNRI) Отто Андерсена (Otto Andersen) «Непреднамеренные последствия возобновляемой энергетики. Проблемы, требующие решения» . Работа Андерсена использует ранее собранную разными исследователями информацию по отдельным видам энергии и регионам, на основе которых выстраивается обобщённая картина экологических рисков возобновляемой энергетики.

Ключевые понятия и подходы связаны с анализом жизненного цикла (Life Cycle Analysis, LCA) и оценкой так называемых «встречных эффектов», «эффектов отскока» или «обратных эффектов» — rebound effects, что в отечественной литературе переводят как «восстановительные эффекты» или, без перевода, «ребаунд-эффекты».

Возобновляемая энергетика и эмиссия парниковых газов

Если говорить об эмиссии парниковых газов, то разные виды возобновляемой энергетики, по выражению Андерсена, вовсе не являются «равнозелёными» (equally green), если рассматривать их с позиций полного жизненного цикла. Основной показатель, с точки зрения эмиссии парниковых газов, связанной с производством энергии, используемый в том числе Андерсоном, — это количество грамм-эквивалента СО 2 на единицу произведённой энергии, в частности, для электроэнергетики принимается 1 кВт·ч, то есть гСО 2 экв/кВт·ч.

В данном случае важна методика расчёта и исходные допущения — прежде всего, для какого интервала времени идёт расчёт, а также загрузка производственных мощностей (коэффициент использования установленной мощности, то есть КИУМ) и, соответственно, ожидаемая выработка энергии за определённый промежуток времени. Картина здесь та же, что и с расчётом выровненных затрат (Levelized Costs, LC) на производство единицы энергии, о котором мы говорили в статье . Чаще всего используется 20-летний интервал.

Анализ жизненного цикла даёт следующие показатели эмиссии для разных типов производства электрической энергии [гСО 2 экв/кВт·ч]: ветряная — 12; приливная — 15; гидравлическая — 20; океаническая волновая — 22; геотермальная — 35; солнечные (фотовольтаические) батареи — 40; солнечные концентраторы — 10; биоэнергетика — 230.

Это, однако, в любом случае на порядок меньше величин, приводимых для энергетики, работающей на ископаемом сырье : угольная — 820; газовая — 490. В то же время, самой «экологически безопасной», в данном смысле, является атомная энергетика, где показатель эмиссии гСО 2 экв/кВт·ч составляет всего 12, то есть этот параметр равен самым низким показателям энергетики на возобновляемых источниках. Очевидно, что распределение эмиссии парниковых газов по стадиям жизненного цикла производства для разных типов энергетики кардинально различается (рис. 1, табл. 1).

В случае с ветряной, солнечной, геотермальной и гидроэнергетикой основная экологическая нагрузка приходится на стадию производства материалов, оборудования и строительства станций. Сходная структура и у атомной энергетики. У энергетики, работающей на ископаемом топливе, основная часть эмиссии приходится на период работы станции, для которой необходимо сжигание топлива. То же верно и для биоэнергетики. Таким образом, здесь мы тоже можем провести аналогию со структурой затрат — в первом случае «экологические затраты» относятся, скорее, к категории постоянных, во втором — к категории переменных. В первом случае преимущества сильнее проявляются на более длительных интервалах времени. Во втором случае сократить разрыв в «углеродно-эмиссионной ёмкости производства» можно за счёт технологий, позволяющих сокращать расход топлива и систем улавливания парниковых газов. В данном случае, при сравнении «эмиссионной ёмкости» ветряных и угольных электростанций допускается временной интервал 20 лет и КИУМ ветростанций составляет 30-40 %.

Для ГЭС показатель гСО 2 экв/кВт·ч может достигать 180. А «нижние» значения для электростанций на ископаемом топливе — 200-300 гСО 2 экв/кВт·ч.

Причины, по которым эмиссия парниковых газов может достигать высоких значений для жизненных циклов гидроэлектростанций, солнечных, биоэнергетических и геотермальных станций, различны. В случае с ГЭС это, прежде всего, формирование водохранилища при плотине, в котором может формироваться застойный режим с микро био логическим разложением органического материала в приплотинной зоне, что вызывает рост эмиссии СО 2 и СН 4 (метана). Сходные процессы возможны и в зонах приливных электростанций. В солнечной фотовольтаической энергетике основные проблемы связаны с процессом производства солнечных батарей, ведь среди прочих рисков для среды и здоровья он приводит к эмиссии ряда соединений фтора — гексафторэтана C 2 F 6 , трёхфтористого азота NF 3 , гексафторида серы SF 6 , являющихся мощными парниковыми газами. В случае с геотермальной энергетикой многое зависит от состава энергоносителя — термальной воды, отличающейся высокой температурой и минерализацией со сложным химическим составом. В процессе её использования и утилизации возможно как непосредственное тепловое загрязнение среды, так и выделение в почву, воду и атмосферу ряда химических соединений, включая парниковые газы.

Эмиссия парниковых газов при использовании биоэнергии происходит на всех стадиях. Прежде всего, она происходит на стадии выращивания энергетических культур, в частности, рапса и масличной пальмы. Интенсивная культивация рапса требует большого количества азотных удобрений, что ведёт к росту эмиссии мощного парникового газа — двуокиси азота N 2 0, являющейся, кроме того, разрушителем озонового слоя.

Большие плантации масличной пальмы были созданы в Юго-Восточной Азии (Индонезии, Малайзии, Таиланде) на торфяно-болотных землях, являющихся естественными «ловушками» и «кладовыми» углерода, и на месте тропических и экваториальных дождевых лесов, выполняющих роль «лёгких планеты». Это вызвало быстрое разрушение почвенного покрова, нарушение естественного режима поглощения углерода и, соответственно, рост поступления парниковых газов (СО 2 и СН 4) в атмосферу. При худших сценариях масштабный переход от ископаемого к биотопливу может не уменьшить, а даже увеличить эмиссию парниковых газов на величину до 15 %.

Другой, пока практически неизученный аспект — возможное снижение общего альбедо (отражающей способности) Земли при масштабном распространении энергетических культур, что теоретически может стать фактором потепления климата.

На стадии эксплуатации — сжигания биотоплива (на транспорте и энергетических станциях), обычно производимого в смеси с ископаемым топливом, также образуются, как выясняется, новые химические соединения, несущие как токсическую, так и парниковую опасность. Рост эмиссии парниковых газов как следствие действий по её сокращению — один из примеров ребаунд-эффекта.

В то же время, это далеко не во всех случаях так, и каждый конкретный проект или программа развития энергетики на возобновляемых источниках требует тщательного анализа, в том числе с экологических позиций — всегда заведомо «более зелёными» по сравнению с другими вариантами их считать нельзя.

Другие побочные эффекты

Помимо эмиссии парниковых газов в качестве встречного эффекта, энергетика на ВИЭ имеет и другие побочные экологические последствия. ГЭС и приливные электростанции меняют режимы течений и температур рек и морских заливов, становятся барьерами на путях миграции рыб и других потоков вещества и энергии. Кроме того, один из существенных побочных эффектов ГЭС — затопление территорий, пригодных для расселения, сельскохозяйственной и другой деятельности.

Отдельную опасность могут представлять прорывы и обрушения плотин ГЭС — особенно в горных и сейсмоопасных районах. Одна из крупнейших катастроф такого рода произошла в 1963-м году на реке Вайонт (Vajont) в итальянских Альпах, где в водохранилище при плотине ГЭС сошёл гигантский оползень, вызвавший перелив волны через плотину и образование «цунами» высотой до 90 м. Огромной волной было снесено несколько населённых пунктов, погибло более 2000 человек.

Геотермальная энергетика несёт риски химического загрязнения воды и почвы — термальные флюиды, помимо углекислого газа, содержат сульфид серы H 2 S, аммиак NH 3 , метан CH 4 , поваренную соль NaCl, бор B, мышьяк As, ртуть Hg. Возникает проблема утилизации опасных отходов. Кроме того, возможны коррозионные разрушения конструкций самих термальных станций, а выкачивание термальной воды может вызывать деформации слоёв горных пород и локальные сейсмические явления, сходные с теми, что возникают при любом горнодобывающем производстве или заборе межпластовых грунтовых вод.

В этой связи сравнительно предпочтительной выглядит водорослевая энергетика — получение энергетического сырья из водорослей. Среди известных культур — такие как Botryococcus bran-nil и Arthrospira (Spirulina) platensis. Водоросли, по сравнению с «сухопутными» энергокультурами, отличаются более высокой (в определённых условиях — на порядок выше) продуктивностью на единицу площади в единицу времени и более высоким содержанием жиров (липидов) — исходного сырья для производства биотоплива. Кроме того, выращивание водорослей не связано с отчуждением продуктивных сельскохозяйственных земель, созданием сложных конструкций и оборудования, использованием большого объёма удобрений. При этом водоросли — один из мощных поглотителей углекислого газа и продуцентов кислорода. В связи с этим, это направление возобновляемой энергетики, пока недостаточно разработанное, можно считать весьма перспективным и с производственных, и с экологических позиций.

Ветроэнергетика — наименее опасная с точки зрения эмиссии парниковых газов и загрязняющих веществ, вызывает в то же время ряд претензий экологов по другим позициям. Они включают шумовое загрязнение местности, «эстетическое загрязнение», риск воздействия вращающихся лопастей на психику. Другая группа претензий связана с воздействием на фауну — в частности, ветряки могут отпугивать птиц и вызывать их гибель при столкновении с лопастями.

Проблема, также нарастающая со временем, особенно по мере строительства офшорных (морских) ветростанций — проблемы с доступностью для сервисных и аварийных служб, затруднения в обслуживании, устранении поломок и аварийных ситуаций, в частности, при возгорании ветрогенераторов

Накопленный опыт эксплуатации ветрогенераторов, насчитывающий в Западной Европе уже около 20 лет, показывает, что эти претензии носят скорее умозрительный характер — во всяком случае, при данной плотности ветрогенераторов и соблюдении определённых мер безопасности, в частности, размещение ветрогенераторов на расстоянии не менее нескольких сотен метров от жилых кварталов. Более реальными выглядят другие проблемы. Одна из них очевидна — ветроэлектростанции требуют больших площадей, и существуют некие пределы их установки на территориях с высокой плотностью населения и инфраструктуры. Другая проблема, становящаяся со временем всё более насущной — утилизация отработавших свой ресурс лопастей ветротурбин, построенных из композитных материалов и несущих высокий потенциал загрязнения среды.

Следующая проблема, также нарастающая со временем, особенно по мере строительства офшорных (морских) ветростанций — проблемы с доступностью для сервисных и аварийных служб, затруднения в обслуживании, устранении поломок и аварийных ситуаций, в частности, при возгорании ветрогенераторов.

Все перечисленные выше проблемы могут усилиться, создавая мультипликативный эффект, при более широком распространении ветроэнергетики. В настоящее время на неё приходится около 9 % общего объёма производства электроэнергии в Германии, около 5 % в Италии, 18 % — в Испании. В других крупных странах-производителях электроэнергии это существенно меньшая доля, в среднем же в мире она составляет около 2,5 %. К каким эффектам может привести наращивание ветроэнергетических мощностей в два-три раза и более — отдельный вопрос для изучения.

В солнечной энергетике основные экологические риски связаны с использованием большого количества токсичных и взрывных компонентов при изготовлении солнечных батарей. В частности, солнечные батареи содержат теллурид кадмия CdTe, сульфид кадмия CdS, арсенид галлия GaAs, а в процессе производства используется фтор, создающий ряд токсичных соединений. Это создаёт проблемы сначала на стадии производства, а затем на стадии утилизации батарей, отработавших свой ресурс. Эта проблема также неизбежно будет нарастать со временем. Другая проблема производства солнечных батарей — большие объёмы потребления воды. По американским данным, потребление воды высокой степени очистки для производства 1 МВт мощностей — около 10 л/мин.

Интегральный показатель, применяемый для оценки вреда того или иного вида деятельности для общества и среды, — это внешние, или экстернальные издержки (external costs), не включённые в цену продукта издержки, которые несёт общество в целом, то есть причинённый социально-экономический и социально-природный ущерб. Внешние издержки включают в себя вред для здоровья людей, коррозию и другие повреждения, наносимые материалам и конструкциям, снижение урожаев и др.

В оценке внешних издержек многое зависит от исходных допущений, они могут резко различаться по странам. В частности, для стран ЕС диапазон внешних издержек производства электроэнергии (евроцентов за кВт·ч) для различных источников энергии составляют (по данным ec.europa.eu): уголь — 2-15; нефть — 3-11; газ — 1-4; атомная энергия — 0,2-0,7; биомасса — 0-5; гидроэнергия — 0-1; солнечная (фотовольтаическая) энергия — 0,6; ветер — 0-0,25.

Для Германии (крупнейшего производителя электроэнергии в Европе с широким развитием энергетики на основе возобновляемых источников энергии) внешние маржинальные (переменные) издержки производства электроэнергии различными источниками оцениваются в следующие величины (евроцентов за кВт·ч): уголь — 0,75; газ — 0,35; атомная энергия — 0,17; солнечная — 0,46; ветряная — 0,08; гидроэнергия — 0,05.

Операционная стадия, на которую в случае с ВИЭ приходится минимальная доля издержек, связана с западными странами — потребителями «зелёной» энергии, а издержки завершающей стадии — утилизации, также могут выноситься в другие регионы.

Иными словами, в случае с энергетикой на основе ВИЭ также возможны ситуации, когда основные выгоды получают одни группы, а издержки ложатся на других. Распределение выгод и издержек — также важный вопрос, имеющий уже социальное измерение.

Фундаментальная же проблема состоит в том, что развитие энергетики на ВИЭ требует дополнительного использования невозобновляемых ресурсов: сырья для удобрений в случае с биоэнергетикой, металла для оборудования и строительных конструкций, ископаемого природного газа для производства водородного топлива, энергии из ископаемых источников для работы данных производств. Соответственно, наращивание производства энергии за счёт ВИЭ будет требовать и роста потребления невозобновляемых ресурсов. Положение вещей, при котором можно будет говорить о безусловном успехе и состоятельности возобновляемой энергетики — создание полных производственных циклов, где производство возобновляемой энергии обеспечивается из возобновляемых же источников.

Andersen O., Unintended Consequences of Renewable Energy. Problems to be solved. Springer-Verlag. London. 2013.
Дегтярев К.С. Возобновляемые источники энергии - от энтузиазма к прагматизму // Журнал С.О.К., №4/2015.
Schlomer S., Bruckner T., Fulton L., Hertwich E., McKinnon A., Perczyk D., Roy J., Schaeffer R., Sims R., Smith P. and Wiser R. Annex III: Technology-specific cost and performance parameters. In: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change . Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, USA.

Однако все эти методики не учитывают воздействия на основу основ физиологического существования человека – поверхностный слой почвы.
Оценка установок по приведенным затратам и сроку окупаемости – не единственный показатель, по которому можно судить об эффективности использования возобновляемых источников. Помимо всего прочего, такими установками вырабатывается «зеленая» энергия, не приводящая к снижению плодородия почвы. Кроме того, не учитываются дополнительные социально-экологические преимущества, получаемые при использовании систем возобновляемой энергетики.

Народнохозяйственный эффект

Рассмотрим дополнительную эколого-социально-экономическую эффективность системы возобновляемой энергетики, связанную с сохранением плодородия почв, по сравнению с традиционным энергоснабжением от топливной энергетики.

Как видим, народнохозяйственный эффект использования любой технологии ВИЭ может состоять не только в производстве электроэнергии, холода и теплоты, но и в сохранении при этом плодородия почвы (в том числе за счет использования зимой биометана). Это принципиальное преимущество возобновляемой энергетики, и его необходимо учитывать при определении эффективности ее использования.

Полезный результат в этом ракурсе может быть представлен в виде суммы полученной «зеленой» энергии и предотвращенного ущерба от деградации почвы.

Это применимо ко всем технологиям использования ВИЭ и позволяет учесть принципиальную особенность таких установок – возобновляемость. Обычно при сравнении энергоустановок, использующих ВИЭ и органическое топливо, учитывается только собственно выработка энергии. Например, считается, что гелиоустановка эффективна, если затраты на нее не превышают затрат на топливо, которое израсходует установка такой же мощности на органическом топливе. А такое преимущество при использовании, например, энергии Солнца, как сохранение гумуса, остается вне поля зрения.

Экономия ресурсов Земли становится все более важной задачей, и учет многогранных последствий от их сохранения, несомненно, будет давать более объективную оценку эффективности использования ВИЭ.

Народнохозяйственный эффект от сохранения гумуса в земле при использовании ВИЭ можно оценивать как Э = kпот × Вт × ц, где Вт – количество гумуса, сэкономленного в экосистеме, которое раньше расходовалось на выращивание растительной продукции, используемой в качестве топлива при самозаготовке, kпот – коэффициент, учитывающий прирост первичного гумуса при нахождении «пашни под парами», ц – удельная оценка (цена) сохранения гумуса в почве.

При определении эффективности системы энергетики ВИЭ требуется учет не только денежных ресурсов (капитальных вложений, текущих затрат), но также сырьевых – экономия удобрений, чистой воды на полив и т. д.

Так, солнечная энергия является экологически чистым видом топливно-энергетического ресурса, что необходимо учитывать в виде экологического эффекта. Воздействие выбросов (СО2) при сжигании биометана на окружающую среду условно принимаем нулевым, поскольку в природных условиях из органической биомассы (отходов), которая обеспечила получение биометана в биореакторе, в атмосферу за счет естественного брожения выделился бы биометан. А вот преобразование органических отходов в биометан и удобрения необходимо учитывать в виде экологического эффекта, уменьшающего загрязнение почвы и окружающей среды далеко не безвредными концентрированными отходами животноводства.

Использование биометана не требует очистных сооружений для биогазовых установок (очистка биогаза от вредных газов осуществляется в технологическом цикле установки). Поэтому экологический эффект может быть учтен как предотвращенный ущерб благодаря отсутствию вредных сбросов в почву.

Ущерб для экосистемы

Удельный ущерб при одинаковых выбросах в атмосферу для каждой экосистемы свой. Можно определять экологический эффект как предотвращенный ущерб почве благодаря уменьшению вредных выбросов при добыче и транспортировке энергоносителя.

При оценке ущерба водным объектам можно исходить из уровня содержания растворимого кислорода в воде и органических отходов.
Так же как и при загрязнении почвы и воздуха, почти нет предела разнообразию загрязнителей, которые могут сбрасываться и сбрасываются в водную среду. Основные источники органических разлагаемых загрязнителей вод – это промышленность, ТЭЦ, ТЭС, сельское хозяйство, бытовое хозяйство и слив дождевых вод в городах. Если сброс органических загрязнителей в конкретном месте не слишком велик, то содержание кислорода в реке (водоеме) сначала уменьшается до определенного уровня, а затем снова восстанавливается (при условии, что не происходит других сбросов по течению реки). А если объем сброшенных в воду органических веществ превышает определенный уровень, процесс их разложения может привести к истощению растворимого кислорода.

Ущерб от промышленных стоков, как известно, очень высок – содержание кислорода в воде резко снижается.

Высокие уровни содержания растворимого кислорода (7‑8 мг / л) необходимы для некоторых ценных видов рыбы (8‑10 мг / л – стадия насыщения кислородом в большинстве водоемов в летний период). Для большинства же рыб вполне подходящи 4‑5 мг / л. Однако при уровне ниже 2‑3 мг / л могут выживать только некоторые.

Кроме уменьшения растворимого кислорода, сброс органических отходов может иметь и другие нежелательные последствия. В ходе разложения органики образуются питательные вещества для водорослей, стимулирующие их рост. Опасность чрезмерного роста водорослей – одна из наиболее трудноразрешимых задач в управлении качеством водной среды, особенно в озерах, заливах и эстуариях.

Неразлагаемые загрязнители вод не перерабатываются речной биотой. Для большинства из этих загрязнителей единственные существенные изменения, которые могут происходить в поверхностных водах, – растворение и осаждение, в подземных водах – осаждение и абсорбция. Эта группа состоит из различных неорганических химикатов, включая тяжелые металлы, частицы почвы и разные типы коллоидных веществ. Когда все эти вещества накапливаются в достаточно больших объемах, они могут оказаться ядовитыми по отношению к некоторым формам жизни, порождать неприятные запахи, увеличивать жесткость воды и, особенно в присутствии хлоридов, вызывать коррозию металлов.

Вода в ряде случаев становится непригодной для орошения и полива, причем не только для выращиваемого урожая. Ее гнилость наносит ущерб почве, выводя целые поля из севооборота.

Как понизить нагрузку на биосферу

Использование ВИЭ позволяет существенно уменьшить нагрузку на биосферу, понизить эргодемографический индекс территории.
Определенный интерес представляет использование отходов сжигания, например, угля, торфа и сланцев. Зола угольная и сланцевая широко используется для раскисления почв и производства стимуляторов роста растений. Зола торфа востребована в фармакологии.

При сооружении, например, для системы энергоснабжения котлованов под солнечный соляной пруд (ЭПР № 19 (255) за 2014 г.) верхний плодоносный слой земли (чернозем, гумус) может быть продан, а значит, эффект от его реализации будет снижать стоимость системы. А если он будет использован для улучшения плодородия почвы собственника системы, то эффект будет выражаться в повышении урожая выращиваемых культур, компенсируя уменьшение площади участка, использованной под пруд.

При использовании солнечной энергии, энергии воды и биометана отсутствуют риски, возникающие, например, при использовании угля и сжиженного газа, распространения вредных организмов и сорных растений транспортными средствами.

Санитарный эффект (отсутствие последствий фитосанитарного контроля и т. п.) тоже может быть учтен как предотвращенный ущерб благодаря отсутствию завоза топлива при использовании системами солнечной энергии и биометана.

Антропогенное воздействие

При нынешних темпах развития цивилизации не получается резервировать слишком большие участки природы и тратить на ее охрану слишком много средств, т. к. это приводит к большим экономическим потерям для общества.

Резкое ухудшение экологической обстановки в России связано с тем, что многие выбрасываемые в окружающую среду вещества, в том числе канцерогенные, в форме твердых частиц или в растворенном состоянии накапливаются в ней. В связи с этим на установленные сегодня уровни предельно допустимых концентраций (ПДК) постоянно ориентироваться нельзя. Для поддержания качества окружающей среды на приемлемом уровне необходимо со временем изменять ПДК в сторону ужесточения, что не практикуется.

Более 99 % всех выбросов ТЭС поступает в атмосферу из дымовых труб, создавая наибольшие приземные концентрации на расстоянии нескольких километров от ТЭС в зависимости от скорости ветра и его направления.

В настоящее время самым мощным источником поступления радионуклидов в окружающую среду являются объекты ТЭК на органическом топливе – угле, сланце, нефти. При сгорании органического топлива в атмосферу с дымовыми выбросами поступают радиоактивные элементы и продукты их распада. Доза в результате выбросов угольной ТЭЦ существенно (в 5‑40 раз) больше, чем АЭС равной мощности, даже если принять коэффициент очистки выбросов золы ТЭЦ равным 0,975. А очистка дымовых газов – дорогое удовольствие, капитальные затраты на сооружение блоков очистки ТЭС составляют 186‑264 тыс. долларов на 1 МВт установленной мощности.

По оценкам специалистов Института проблем рынка РАН, прямой годовой экономический ущерб вследствие негативных антропогенных воздействий на окружающую среду в России в середине 90‑х годов составлял порядка 10 % от величины ВВП.

Использование биомассы

На государственном уровне годовой экономический результат от энергетики ВИЭ может проявляться в стоимости сохраненных для будущих поколений природных ресурсов (нефти, угля, газа), в возможном увеличении прибыли от продажи экспортно-ориентированных видов природных ресурсов, а также в выручке от продажи квот на выброс парниковых газов (СО, СО 2) в соответствии с Киотским протоколом.

Кроме того, в этот годовой экономический эффект должны включаться выгоды, связанные с пропорциональным уменьшением образования отходов.

В настоящее время часть мирового сообщества, обеспокоенная выбросами СО 2 усиленно пропагандирует использование биомассы. Мотивация такова: при сжигании биомассы действительно выделяется СО 2 , но он ранее был поглощен растениями из атмосферы, поэтому биомасса считается нейтральной с точки зрения выбросов СО 2 при условии возобновления зеленых насаждений в достаточном объеме.

Однако не все так просто и здесь. Использование биомассы в качестве энергоресурса биологи считают следствием невежества, ибо изъятие биомассы из общей цепи взаимосвязанных биопроцессов на Земле нарушает равновесие биосистемы (продуктивности зональных экосистем), что может повлечь за собой непредсказуемые негативные последствия. Например, если в лесу старое дерево падает и гниет, то на его месте вырастает новое такое же дерево. Но если упавшее дерево убирают из леса, то вследствие истощения почвы второе дерево будет хуже первого, третье второго и так далее.

Нетронутая тайга сохраняется тысячелетиями, а систематическая рубка деревьев превращает могучие леса в чахлое редколесье (лесостепи), лесостепи – в степи и так далее.

Для исключения распространения пыли от промышленных предприятий, ТЭЦ, ТЭС и т. д. необходимо восстанавливать леса, а не пропагандировать использование древесины в качестве возобновляемого органического топлива, и вот почему.
Листовая поверхность в 1 кв. м задерживает 1,5‑3 г пыли. Корневая система растений закрепляет почву и тем самым уменьшает площадь, которая может быть источником запыления среды.

Зеленые насаждения на площади в 1 га за год очищают воздух от 50‑70 тонн пыли, уменьшая ее концентрацию на 30‑40 %.

Зелень на улицах города может в 2‑3 раза снизить запыленность атмосферы по сравнению с улицами без зелени.

Лес отфильтровывает из воздуха даже радиоактивную пыль. Установлено, что листья и хвоя деревьев могут захватывать до 50 % этой пыли, защищая посевы от радиоактивных загрязнений. Полезащитные полосы могут задерживать содержащиеся в воздухе радиоактивные аэрозоли, снижая плотность загрязнений полей и пастбищ.

Поддержание плодородия

Решением самого нижнего уровня жизнеобеспечения как отдельного человека, так и мирового сообщества является решение проблемы голода.

Поскольку экологически чистые продукты можно получить только на землях, не отравленных золой ТЭЦ, пестицидами, излишним количеством минеральных удобрений, нитратами, то в этой связи на первое место, кроме наличия соответствующей техники, выходит вопрос о ресурсе земли и поддержании ее плодородия в настоящее время и на дальнейшие периоды.

Давно известно, что одним из важнейших показателей плодородия является содержание в почве органического вещества или гумуса. Чем больше его, тем лучше водный, воздушный и тепловой режимы плодородного слоя земли, тем богаче он основными элементами питания растений, тем активнее в нем идет процесс создания живого из «неживого».

Известно также, что почва – это живой организм, комплекс микро- и макрофауны (микроорганизмов и почвенных животных) в сочетании с элементами «неживого» минерального и органического вещества, находящийся в тесном взаимообменном процессе. Почвенная микро- и макрофауна является создателем почв.

«Производство» гумуса происходит ежегодно в огромных количествах. Пик переработки приходится на осень, когда растения в большинстве своем погибают и падают на почву. Вся эта огромная масса мертвых растений, содержащих большое количество различных питательных веществ, достается на переработку почвенным микроорганизмам и животным – червям, которые перерабатывают их в гумус. Из каждой тонны такого сухого материала образуется 600 кг гумусного органического удобрения, включающего в себя все необходимые минеральные элементы питания для растений, вновь появляющихся весной.

Создать гумус другими способами пока невозможно. Гумус – это «хлеб для растений». В нем сосредоточено 95 % запасов почвенного азота, 60 – фосфора, 80 – калия, содержатся все другие минеральные элементы питания растений в сбалансированном состоянии.

Роль гумуса

Гумус – это «консервы почвенного плодородия». Он накапливался и сохранялся в черноземах весь послеледниковый период, т. к. гуматы кальция, магния и других металлов нерастворимы и не вымываются из почвы водой, но расходуются только корневой системой растений по мере необходимости. Он создает зернистую структуру почвы, предохраняет ее от ветровой и водной эрозии, обеспечивает снабжение растений необходимой для фотосинтеза углекислотой, биологически активными ростовыми веществами.

Плодородие полей напрямую связано с количеством и качеством гумуса в почвах. В знаменитых черноземах Центрального и Северокавказского регионов содержалось 10‑14 % гумуса, а мощность слоя чернозема достигала 1 м.

Однако надо иметь в виду и следующее: с полей, садов и огородов мы ежегодно снимаем урожай, унося вместе с ним часть питательных веществ, которые не возвращаются в почву. От недополучения этой части органики почвы истощаются и теряют плодородие. Химические удобрения не могут в полной мере восполнить эту убыль питательных элементов и совершенно не компенсируют потерю гумуса из почвы. Более того, химические удобрения в почве способствуют усилению распада (минерализации) гумуса, они же совместно с пестицидами травят (убивают) червей – основных производителей гумуса в почве. Переработка мертвых остатков растений в гумус прекратилась, а почвы истощились, перестали быть плодородными. Вот почему нередко случается так, что вывоз навоза на поля не может поднять их плодородия – перерабатывать навоз в почве уже некому.

Использование больших доз химических удобрений, пестицидов, высокоинтенсивных обработок почвы резко сократило, местами до полного исчезновения, в почве количество почвообразующих животных и подорвало процесс гумусообразования. Плодородие почв существенно снизилось. Химические удобрения – допинг для почвы. В присутствии минеральных удобрений идет усиленная минерализация гумуса (разложение его на СО 2 и зольные элементы). Постоянное использование такого допинга в возрастающих дозах преступно, т. к. обрекает все живое на голод и вымирание.

Для поддержания бездефицитного баланса гумуса необходимо ежегодно вносить не менее 6‑7 т навоза на 1 га. Однако имеющееся поголовье скота не может обеспечить «производство» такого количества.

Не зря в последнее время для регулирования баланса гумуса и питательных веществ в качестве ресурсосберегающих систем удобрений в почву во время уборки зерновых вносят измельченную солому. Использование измельченной соломы позволяет решать хозяйствам актуальнейшую проблему по утилизации малоценной соломы и исключить затраты на ее сволакивание, перевозку, скирдование и использовать солому для поддержания плодородия почвы с уменьшением ее эрозии и выгорания гумуса.

Поэтому биогазовые установки, использующие вырабатываемый биогаз (до 30 %) на технологические нужды (для поддержания температуры в биореакторе) и лишающие дождевых червей части пищи, нельзя рассматривать как экологически чистые технологии.

Деформирование среды

Мировое сообщество к самым негативным факторам воздействия ТЭКа на биосферу относит выбросы СО 2 (ежегодно количество углекислого газа в атмосфере продолжает увеличиваться на 0,002 %), сжигание кислорода, снижение энергии фотосинтеза за счет загазованности воздуха, а также кислотные дожди, деградацию лесов и земель, которые способствуют дальнейшему техногенному опустыниванию.

В связи с этим резко снизилась и продолжает снижаться первичная биопродуктивность (количество органических веществ, производимых в биосфере). Происходит глобальная деформация окружающей среды.

Сохранение этих тенденций представляет большую экологическую угрозу.

Использование энергетики ВИЭ, в том числе в качестве вторичного инструмента, для обеспечения бесперебойной «обработки» почвы сегодня выходит на одно из первых мест. Экономические потери при отсутствии бесперебойного энергоснабжения в сельском хозяйстве сродни потерям, которые будут наблюдаться на любом производстве непрерывного цикла, будь то металлургический цех или нефтеперерабатывающая установка. Потерь продукции можно не допустить только путем ввода дополнительных производственных мощностей при надежном энергообеспечении производства, хранения, переработки.

Разумное использование

Несомненно, что эффективность использования технологий энергетики ВИЭ с течением времени будет возрастать. Этому будет способствовать и все большая необходимость экономии гумуса, и технический прогресс, и совершенствование организации создания и применения установок ВИЭ.

Применение энергетического оборудования для обработки почвы, ухода за растениями и животными, отопления помещений, приготовления пищи имеет как социальное, так и экономическое значение. Возникает сопутствующий эффект также в добывающих и перерабатывающих отраслях, в машиностроительном комплексе, что будет оказывать влияние на улучшение инвестиционной политики в стране.

Отпадает необходимость в увеличении пропускной способности транспортной инфраструктуры, т. к. при сооружении, например, солнечных соляных прудов и котлованов будут использоваться в основном природные «готовые и вечные» материалы, и не требуется транспорт топлива в прежних объемах.

Структура составляющих социально-эколого-экономического эффекта отдельно взятой системы энергетики ВИЭ показывает, как взвешенно нужно подходить к анализу эффективного использования новых технических решений. А ведь часто при освоении различных по климатическим условиям территорий выбор того или иного источника энергоснабжения поручают людям, далеким не только от энергетики ВИЭ, но и от традиционной, топливной энергетики.

Странно, что правило разумного использования специалистов совершенно отбрасывается, когда дело касается децентрализованного энергоснабжения или обеспечения энергией угнетенных с экологической точки местностей. Некоторые из числа корифеев традиционной энергетики, – без сомнения, крупные специалисты в своей отрасли знания, – считают себя компетентными высказывать догматические суждения по актуальности и социально-эколого-экономической эффективности новых направлений энергетики ВИЭ. А также всему, что к ней относится, не будучи свидетелями ни по одному из ее «феноменов» и часто совершенно не имея представления о ее принципах и практике.

Гадание. Таро. Заговоры. Молитвы. Нумерология. Обереги. Саморазвитие

Народнохозяйственный эффект

Ущерб для экосистемы

Как понизить нагрузку на биосферу

Антропогенное воздействие

Использование биомассы

Поддержание плодородия

Роль гумуса

Деформирование среды

Разумное использование

СХОЖИЕ СТАТЬИ