Нетрадиционная экология

Массовое применение "ветряков" ущербно для фауны.
Фото Reuters

Потенциал альтернативных, возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Российской Федерации чрезвычайно велик. Экономический потенциал использования ВИЭ равен 270 млн. тонн условного топлива в год, что соответствует более 25% от годового энергопотребления. Однако вклад в энергобаланс России альтернативных источников энергии – геотермальных вод, приливных течений, ветра, солнца и т.д. – очень мал, масштабы и темпы их освоения у нас в стране отстают от зарубежных и не отвечают потребностям экономики.

Осуществляемая в настоящее время программа экономического и социального развития России на ближайшие годы не может быть выполнена без мощной энергетической базы, без опережающего развития энергетики и внедрения энергосберегающих технологий, одним из направлений которых является перестройка структуры топливно-энергетического баланса страны в направлении уменьшения доли ископаемого топлива – нефти, газового конденсата, газа, угля и других видов топлива за счет возрастания доли АЭС, ГЭС и активного использования ВИЭ. Кроме экономии органического топлива развитие нетрадиционной энергетики позволяет снизить объемы его перевозок и затраты на транспортировку.

Перестройке структуры энергетики в России в пользу ВИЭ способствует также наряду со многими другими причинами увеличение нефтепереработки до 75–80%, что в несколько раз снижает возможность использования мазутного топлива, в том числе для электростанций. Сложным становится и увеличение потребления газа электростанциями России, имея в виду, что газ – важный экспортный ресурс.

Перераспределение составляющих энергобалансов многих регионов и целых стран за счет роста использования ВИЭ является не только важнейшим направлением энергосберегающей политики, но играет значительную роль в стратегии предотвращения изменения климата, так как получение энергии и тепла с помощью ВИЭ сопровождается минимальными по сравнению с традиционными установками выбросами в атмосферу парниковых газов.

Наиболее остро вопрос о расширении использования ВИЭ стоит сейчас в России, потому что больше 70% ее территории с населением около 20 млн. человек находится в зоне децентрализованного электроснабжения (Крайний Север, Дальний Восток и др.). Не решаемая вовремя проблема завоза нефтепродуктов в северные и другие труднодоступные районы вызывает необходимость аварийной эвакуации населения из таких с трудом освоенных регионов. Но в этих регионах имеются большие ресурсы ВИЭ, в том числе энергия ветра, малых рек, солнца, тепла Земли. По разным оценкам, здесь может быть обеспечено с помощью ВИЭ от 25 до 50% энергопотребления. Это также способствует очистке северных территорий от скопления тары для топлива (бочек, контейнеров и т.д.).

Использование ВИЭ решает проблему снабжения электроэнергией большого числа мелких территориально разобщенных потребителей. Одновременно использование возобновляемых источников энергии позволяет учесть межотраслевые региональные интересы, включая экологию и конкретные планы экономического и социального развития отдельных территорий. Социальная роль ВИЭ заключается также в выравнивании обеспеченности энергией районов с разной плотностью населения, в том числе центральных сильно заселенных и труднодоступных малонаселенных территорий, что приводит к глубокой перестройке стиля энергопотребления и жизни.

В современных условиях, характеризующихся инвестиционным голодом, ВИЭ могут вводиться в эксплуатацию в виде небольших модулей, не требующих больших капиталовложений, а затем наращиваться по мере необходимости. Многие установки ВИЭ могут работать в автономном режиме и не требуют большого числа обслуживающего персонала.

Немаловажным обстоятельством, способствующим обращению к объектам ВИЭ, является отрицательное отношение в обществе к ГЭС, АЭС, ТЭС.

Наконец, чрезвычайно важное в современных условиях обстоятельство – ВИЭ обеспечивают децентрализованную от энергосистем форму электроснабжения. Поэтому наличие возобновляемых источников энергии способствует повышению безопасности снабжения населения электричеством и теплом в случае непредвиденного или преднамеренного отключения крупных энергосистем (теракты и т.д.).

Возможные экологические последствия

Анализ рядом исследователей эксплуатации ВИЭ в различных странах показал, что эти источники не всегда являются безупречными в экологическом отношении.

Еще в 1981 году в городе Найроби (Кения) состоялась Конференция ООН, на которой была принята «Мировая программа действий по использованию новых и возобновляемых источников энергии». Спустя 10 лет группа экспертов ООН проанализировала состояние дел в этой отрасли энергетики и, используя большое количество материалов по миру, дала оценку экологических последствий использования различных видов нетрадиционных источников энергии. Общее заключение экспертов свидетельствует о том, что существующее представление о ВИЭ как о полностью экологически чистых источниках ошибочно. Экспертиза показала необходимость анализа взаимодействий ВИЭ с окружающей средой еще на стадии проектирования. Это позволит не повторять ошибок, допущенных при проектировании и эксплуатации традиционных энергоустановок, когда сначала были разработаны и внедрены их технологии, а затем начались поиски путей снижения неблагоприятных воздействий на окружающую среду.

Эксперты ООН убедительно показали также необходимость исследования воздействия установок ВИЭ, связанного не только с выработкой энергии, но и с изготовлением оборудования, в том числе с добычей сырья для его создания. Именно на этом этапе во многих случаях могут проявиться наиболее существенные отрицательные экологические последствия ВИЭ.

Однако при оценке экологических преимуществ и недостатков ВИЭ необходимо учитывать мощность их установок, от которых зависит степень воздействия на окружающую среду. Максимальное неблагоприятное воздействие оказывают объекты большой мощности. Установки малой мощности практически безопасны в экологическом отношении, положительный эффект от их эксплуатации неизмеримо выше возможного экологического ущерба.

Покажем на примере наиболее используемых установок ВИЭ возникающие при их эксплуатации проблемы.

Ветроустановки

Использование энергии ветра (ВЭУ) недостаточно изучено в экологическом отношении. Давно установлено, что ВЭУ вызывают интенсивное акустическое излучение. Есть свидетельства о том, что ветроустановка мощностью 2 МВт в США (штат Северная Каролина) с лопастью пропеллера 60 м отключается ночью из-за сильного шума. Особую экологическую проблему представляют собой шумовые воздействия ветроустановок мощностью более 250 КВт, так как скорость на конце лопаток ветроколес большого диаметра у таких установок соизмерима со сверхзвуковой скоростью. При этом возникает инфразвук, отрицательно воздействующий на живые существа, в том числе и на человека. Замечено влияние работающих станций на прием теле- и радиопередач. Отмечаются помехи для воздушного сообщения, изменяются показания навигационных приборов. ВЭУ травмируют и отпугивают птиц, особенно на перелетных трассах, при создании комплекса ВЭУ ухудшаются условия существования мелких наземных животных, птиц, насекомых, а также морской фауны при размещении ветроэлектростанций (ВЭС) на акваториях.

При воздействии ВЭС, объединяющих большое количество ветроустановок, ослабевает сила воздушных потоков, что может привести к нарушению теплового баланса и сказаться на климате, а также отразиться на проветривании расположенных недалеко промышленных районов. И наконец, ветроустановки нуждаются в больших площадях и при этом могут оказать влияние на изменение свойств почвенного покрова.

Исследователи последствий создания ВЭУ не исключают также аварийных ситуаций – поломку агрегатов и отлет поврежденных деталей. У крупных ВЭУ лопасти могут быть отброшены на 400–800 м. В Дании на 2000 ВЭУ приходится 630 вынужденных остановок в квартал и 20 случаев разрушения отдельных элементов.

И наконец, нужно вспомнить о большом количестве металла для производства оборудования ВЭУ. Замена металлических конструкций стеклопластиковыми требует изучения экологических последствий химических технологий по производству стеклопластика.

Неравномерность выработки энергии ВЭУ можно компенсировать совмещением их с работой других энергообъектов, то есть сооружением ВЭУ в составе энергокомплексов. Так ВЭУ, работающие параллельно с гидростанциями и в комплексе с ними, могут снизить в определенное время выработку энергии от ГЭС и сработку уровней воды в водохранилище. Отрицательные последствия ВЭУ снижаются при расположении их на акваториях морей.

Солнечные панели занимают сотни гектаров земли и этим наносят серьезный ущерб другим отраслям экономики. Фото Reuters

Солнечные электростанции (СЭС)

Наряду с большими преимуществами использования энергии солнца – ее бесплатностью, возобновимостью и огромными ресурсами – есть целый ряд технических, экологических и экономических факторов, затрудняющих ее широкое применение для выработки электроэнергии. Технические трудности – низкая плотность солнечной радиации у земной поверхности (в наиболее благоприятных районах 1 кВт/кв. м), нерегулируемый режим поступления к поверхности земли потока солнечного излучения в связи с вращением Земли и облачностью, очень низкий КПД преобразования солнечной энергии в тепловую и т.д. Все это требует, особенно для станций с термодинамическими системами, создания больших отражающих и поглощающих поверхностей, систем ориентирования аккумуляторов большой стоимости. Периодичность, зависимость от состояния атмосферы, неравномерность притока солнечной радиации в течение суток и года требует создания аккумулирующих или дублирующих систем. Большая стоимость панелей и всей оптической системы делает производство электроэнергии от солнечной радиации пока очень дорогим для крупных энергоустановок. Кроме того, СЭС занимают большие площади, они землеемки. Для получения с помощью СЭС энергии, равной энергии от ТЭС и ГЭС, принимающие устройства, особенно у крупных СЭС, должны покрыть значительные площади, что неизбежно приведет к снижению температуры поверхности почвы и воздуха, а при массовом строительстве СЭС может вызвать нарушение теплового баланса, изменить направление ветра, характер почв и растительности обширных регионов. Кроме того, изготовление гелиоэнергетического оборудования требует помимо кремния многие дорогостоящие материалы и электроэнергию, получение которых, в свою очередь, может быть связано с неблагоприятными воздействиями на окружающую среду.

Тепловой сброс в биосферу от СЭС в два раза превышает количество тепла от ТЭС на органическом топливе. В связи с этим рекомендуется новый тип СЭС, использующих эффект «соляных солнечных прудов» – эффект сильного нагрева нижних слоев воды в замкнутых водоемах, содержащих повышенные концентрации солей. Для этих целей может быть использовано множество естественных соляных озер на территории юга России.

Есть еще один экологический аспект – обратное влияние окружающей среды на гелиостаты – загрязнение их деталей пылью, химическими соединениями, осадками и т.д.

Однако в настоящее время целесообразно шире внедрять не только небольшие гелиоустановки в коммунальное хозяйство для получения тепла и энергии, но и усилить исследования в области большой гелиоэнергетики. Удорожание органического топлива наряду с удешевлением стоимости оптических устройств разрешение экологических проблем сделают сооружение СЭС в перспективе экономически оправданным. Есть, кроме того, разработки по сочетанию применения солнечной и других видов энергии, например, перспективность совместной работы СЭС и ГЭС, когда при работе солнечной установки гидростанция разгружается на соответствующую мощность и экономит воду в водохранилище. В итоге получается своеобразная солнечно-аккумулирующая электростанция (САЭС), похожая на гидроаккумулирующую станцию (ГАЭС).

Подведем итоги

1. Развитие ВИЭ способствует осуществлению стратегии устойчивого развития экономики и является важным условием обеспечения энергетической безопасности страны. Они повышают степень автономности систем жизнеобеспечения населения, что особенно важно для регионов, лишенных централизованного электроснабжения. Остро необходимы также исследования по использованию ВИЭ в экстремальных по климатическим условиям районах (для электроснабжения антарктических и северных полярных станций).

2. Изучение многих опубликованных и ведомственных материалов свидетельствует о том, что ВИЭ, без сомнения, имеют большие экологические преимущества перед выработкой электроэнергии на традиционных энергоустановках (ТЭС, АЭС, ГЭС). Однако имеющие место неблагоприятные экологические последствия их создания свидетельствуют о необходимости нахождения наиболее приемлемых технических решений и совершенствования прогнозов.

3. Осуществление крупной национальной программы развития нетрадиционной энергетики требует принятия федерального закона и сопутствующих ему нормативно-правовых подзаконных актов по ВИЭ, предусматривающих комплекс мер по финансированию этого направления энергетики и научно-техническому содействию со стороны государства.

4. Существующие законодательства в области экономики и энергетики поощряют развитие традиционных функционирующих в настоящее время систем и, по существу, не способствуют внедрению ВИЭ. Лоббирование в верхних эшелонах власти интересов монополий, разрабатывающих и использующих ископаемые и ядерные энергоносители, является серьезным препятствием внедрения ВИЭ. Сказываются также инертность ряда ведомств и привычка к устоявшимся способам добычи и использования энергии, в которые уже вложены громадные средства.

5. Нетрадиционные энергоустановки чрезвычайно науко-, материало- и капиталоемки. Большие затраты на сооружение и длительный инвестиционный цикл делают их, с одной стороны, непривлекательными для вложения капитала. В то же время ввиду модульного характера энергетических систем и возможности их поэтапного внедрения уменьшаются инвестиционные затраты и риски.

6. Наряду с общим законом о ВИЭ целесообразно принятие конкретного плана действий, основанного на изучении перспектив, возможностей и особенностей создания нетрадиционных энергоустановок в различных регионах России.

7. Совершенствованию государственной политики в области развития ВИЭ должны содействовать научно-исследовательские и проектные работы, создание высокотехнологичных проектов, обеспечивающих решение энергетических, экологических и социально-экономических задач.