Рассмотрены основные факторы влияния возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на окружающую среду, выявлены основные направления для улучшения эксплуатации и утилизации ВИЭ с целью наименьшего загрязнения окружающей среды в будущем.
Ключевые слова : ветроэнергетическая установка, энергетика, окружающая среда, энергия солнца, фотоэлемент, реактор, технологии, экологическая безопасность.
За небольшой промежуток времени установки, созданные на основе ВИЭ, приобрели и набирают большую популярность не только в России, но и в мире. В данное время такие станции несомненно вызывают конкуренцию с уже повседневно используемыми электростанциями на ископаемых источниках энергии. Ещё в 2019 году аналитики REN21 (центр по проблемам возобновляемой энергетики под эгидой программы ООН по окружающей среде) указали, что затраты энергии от новых солнечных станций доходит в порядке $85 за 1 МВт/ч, тогда как для традиционных электростанций результат доходит от $49 до $174 за 1 МВт/ч в разных странах, говоря об экологической безопасности в сфере энергетики, в первую очередь необходимо решать проблему уменьшения образуемого в процессе углекислого газа в атмосферу или декарбонизации. Не стоит забывать о том, что помимо проблем с декарбонизацией существует ещё множество других вопросов, связанных с сохранением окружающей среды. Это сохранение численности и видов животных, борьба с глобальным потеплением и множество других негативных влияний. [1]
Конечно, у электроэнергии, производимой из возобновляемых (альтернативных) источников, другой эффект влияния на окружающую среду, тем не менее необходимо более глубоко рассмотреть такие наиболее важные факторы, как:
— влияние на окружающую среду при производстве ВИЭ;
— воздействие на окружающую среду при установке и эксплуатации ВИЭ;
— последствия для окружающей среды при утилизации ВИЭ.
Рассмотрев и проанализировав данные факторы, возможно сделать вывод о дальнейшей эксплуатации так называемой «Зелёной энергетики». Ниже приведены основные виды возобновляемых источников энергии и рассмотрены их проблемные и положительные стороны по отношению к окружающей среде.
Ветровые электростанции.
Ветер является повсеместным и бесконечным источником энергии, поэтому станции, преобразующие ветер в электроэнергию, очень быстро распространяются в мире. Ветровые электростанции (ВЭС), имеют возможность работать при средней скорости ветра от 5 м/с. Помимо того, что ВЭС может работать полностью автономно, есть возможность их подключения к централизованной системе. В данное время больше всего электроэнергии на основе ВЭС вырабатывается в США, а в странах Европы- в Германии, Нидерландах. Несмотря на повсеместное использование ВЭС, оно возможно не везде, коэффициент полезного действия (КПД) данной станции в среднем около 30 %. По закону немецкого физика Альберта Беца, ветрогенератор может забрать только 59,3 % энергии от падающего на него воздушного потока. Если принять в расчёты затраты на преобразование и транспортирование энергии, то возможное КПД будет в районе 35–45 %. Это определено продолжительной чередой производства энергии. Для подключения любого потребителя необходима сеть 380/220 вольт переменного тока, либо постоянного тока, ветрогенератор выдаёт 24 В постоянного тока, то есть необходимо дополнительное оборудование для преобразования его в необходимый для потребителя. Также необходимо сберечь энергию в периоды, когда она не затрачивается, для этого также придётся потратиться на аккумулирующие устройства. Не стоит забывать, что в каждом из этих этапов идёт потеря электроэнергии, для примера: одна такая станция способна вырабатывать примерно 0,6–0,9 кВт-ч/сутки, в зависимости от скорости ветра. Вопреки тому, что ВЭС сегодня пользуется спросом, цена на их возведение достаточно велика, но эксплуатация является относительно дешёвой. При строительстве ВЭС следует обратить внимание не только на выбор выгодного места с технической стороны, но и учесть экологические факторы расположения, чтобы нанести минимальный ущерб природным и животным ресурсам, например, избежать вырубки лесов, места гнездования и перелёта птиц и т. д. Ветровая энергетика при производстве энергии имеет право относится к созданию «Чистой энергии». К положительным сторонам относятся:
— при производстве электроэнергии отсутствуют факторы декарбонизации;
— не приводит к образованию отходов в процессе эксплуатации;
— использование источника энергии, который не требует затраты на транспортировку и его добычу;
— площадь ВЭС пригодна для сельхозугодий.
Основные минусы ВЭС в том, что:
— для их создания необходима большая территория что неизбежно может повлечь вырубку лесов, изменение ландшафта;
— для производства аккумулирующих устройств необходимы редкоземельные металлы, а их добыча трудоёмкая грязная и опасная для окружающей среды;
— утилизация выработавших свои сроки ветряных лопастей. Это одна из наиболее больших проблем ветроэнергетики на сегодняшний день.
По некоторым расчётам, к 2050 году понадобится утилизировать не менее 200 тысяч лопастей для ВЭС, которые сегодня в основном зарываются в землю. Но уже имеются разработки, которые предлагают использовать при изготовлении лопастей. Проблему взялась решить компания «Siemens Gamesa» — один из крупнейших в мире создателей ветрогенераторов. В данной компании изобрели перерабатываемые лопасти, которые относительно без труда распадаются на составляющие вещества, в последующем ими возможно пользоваться снова. Технология предполагает распад соединяющей смолы в слабокислых растворах. При производстве лопасти смола преобразовывает стеклоткань и другие полимеры, а также деревянные и металлические элементы конструкции лопасти в единое изделие. Такая лопасть устойчива к солёной воде, что обеспечивает длительную работу ветрогенераторов в прибрежных морских водах. [2] Входе утилизации лопасть опускается в специальный раствор и делится на первичные материалы, за исключением смолы, она растворяется. Полученные таким образом материалы можно снова производить, что гарантирует постоянное производство. По новой технологии «Siemens Gamesa» сделала 6 первых 81-метровых лопастей «Recyclabel Blaide» и заключила три контракта на их использование в проектах ВЭУ. Перерабатываемые лопасти будут установлены на ветрогенераторы электростанции «Kaskasi» в Германии и на прибрежные генераторы проектов французской «EDF Renewables» и немецкой WPD. [2]
Солнечная энергетика.
Преобразование электроэнергии из солнечного света также можно отнести к наиболее развивающейся отрасли в возобновляемой энергетики, который используют сейчас многие страны. Тем более что ватты, полученные таким путём становятся дешевле, чем в традиционной энергетике. Принцип работы солнечной станции заключается в работе фотоэлемента, когда на фотоэлемент падает свет, производится электроэнергия. В остальном при производстве электроэнергии для солнечных станций необходимы такие же комплектующие, как и на ВЭС. Необходима установка дополнительного оборудования для преобразования, аккумулирования энергии. В результате чего КПД солнечных батарей не превышает в среднем 35 %. Так же необходима значительная часть территории под возведение станции, плюс ко всему у них существует та же задача с сохранением энергии, что и у ВЭС. После установки станции есть опасность внешних угроз, града, перегрева полупроводников и так далее. Чаще всего солнечная энергетика применяется в нескольких целях:
— отопление и горячее водоснабжение, а также кондиционирование воздуха;
— конвертация в электрическую энергию помощью солнечных фотоэлектрических преобразователей;
— массовое создание электроэнергии по принципу теплового цикла.
На сегодняшний день солнечная энергетика используется и в навигационном обеспечении, энергообеспечение передачи связи, систем курортно-оздоровительного и туристического бизнеса, отдельных домов, уличных солнечных фонарей, щитов с рекламой т. д. Также имеются проекты солнечных станций на Луне, так как концентрация солнца там гораздо больше, чем на Земле, с последующей передачей энергии на землю при помощи лазерного или сверхвысокочастотного излучения. Основные минусы солнечных станций схожи с ветровыми, самая распространённая для экологической безопасности это утилизация отработанных элементов. Из исследования американских учёных, к 2050 году только в США накопится свыше 10 млн тонн выработавших свои сроки солнечных панелей, что равносильно весу трёх десятков 102-этажных небоскрёбов. Пока что самый распространённый и дешёвый способ — это закопать отработанные панели в землю. [2]
Атомные электростанции (АЭС)
Несомненно, что работа АЭС является наиболее востребованной в мире. При эксплуатации станции почти не требуется работа добывающей отрасли, нет вредных выделений в окружающую среду и не задействовано сжигание кислорода. Тем не менее остаётся самая распространённая проблема, после исчерпания топлива примерно от 20 и более лет, его необходимо утилизировать вместе с конструкциями эксплуатируемого реактора, которые подвергались воздействию радиации. Вся опасность в том, что места этих захоронений ещё продолжительное время будут непригодны. Так же существует риск аварии, что может привести к экологической катастрофе. Проблемы загрязнения окружающей среды при утилизации отработанного топлива АЭС возможно частично решить. К примеру, если станции будут производить меньше ядерных отходов, для этого необходимо создание реакторов меньшего размера, которые будут обслуживать отдельные заводы или районы. Так же среди ученых есть мнение, что проблему захоронения ядерных отходов на Севере значительно снизит нагрузку на территории, которые более востребованы на данный момент. А при условиях вечной мерзлоты радиоактивные элементы не будут причинять вреда человечеству. [4]
Исходя из вышеизложенного, полный переход на возобновляемые источники энергии в ближайшем будущем не совсем целесообразен, так как это повлечёт за собой другие проблемы. Самой острой из них остаётся утилизация отслужившего оборудования. Но и отказываться полностью от ВИЭ тоже нельзя. Необходимо создание новых гибридных энергосетей. Имеется большое количество передовых средств для развития процессов передачи, накопления энергии, которые необходимо включать в энергосистемы будущего.
Литература:
- https://3dnews.ru/tags/возобновляемая энергия.
- https://3dnews.ru/1048818/sozdani-pervie-v-mire-pererabativaemie-lopasti-dlya-vetrogeneratorov.
- http://electricalschool.info/energy/1539-jenergija-vetra-preimushhestva-i.html.
- https://ecologanna.ru/ekologicheskie-problemy/posledstviya-ekspluatatsii-aes-dlya-okruzhayushhej-sredy.
