Сравнение экологической эффективности различных источников энергии

IX Международный общественный форум-диалог
«Атомная энергия, общество, безопасность – 2014»
10-11 апреля 2014
Сравнение экологической эффективности
различных источников энергии
Советник генерального директора Госкорпорации «Росатом»,
координатор по вопросам реализации Экологической политики
Госкорпорации «Росатом», член Общественного совета
Госкорпорации «Росатом», д.т.н., профессор, член-корр. РАН,
почетный член ПАСЕ
В.А.ГРАЧЕВ
1
Источники энергии
Современный ежегодный расход природных энергоресурсов составляет 5 десятитысячных от ресурсов
органического топлива (нефти, газа и угля, вместе взятых) или 3 десятитысячных от ресурсов урана. Однако
эти исчерпаемые энергоресурсы в сумме не составляют и 1/5 части годового потока солнечной энергии на
Землю. Солнечный поток порождает энергию ветра, гидроэнергию и энергию фотосинтеза. Помимо этого
еще есть огромная геотермальная энергия Земли, крупномасштабное освоение которой только начинается.
2
21 век: наступление эпохи электричества?
%
Доля электроэнергии
в потреблении
первичных ресурсов
Эпоха углеводородов
42%
ГЭС ВЭС
АЭС 6% 1%
3%
Эпоха угля
Нефть
2%
Дрова
21%
Уголь
9%
Дрова
91%
Газ ГЭС
3% 3%
Газ
21%
1900 год
1 650 млн чел.
0,5 млрд тнэ
1850 год
1 260 млн чел.
0,1 млрд тнэ
Источник: BP Statistical Review of World Energy 2013 (данные 2012 г.)
Нефть
33%
29%
Нефть
44%
Уголь
30%
Газ
24%
Уголь
25%
0,5%
Уголь
71%
ГЭС ВИЭ
АЭС 7% 2%
4%
2012 год
7 058 млн чел.
12,5 млрд тнэ
1980 год
4 400 млн чел.
6,6 млрд тнэ
Любое технологическое
решение по сокращению
потребления
углеводородов может
привести к росту
электропотребления
(напрямую или для
производства водорода).
3
Наиболее показательные характеристики
Нефть
1
2
3
4
Запасов нефти при существующем уровне добычи хватит на
50 лет (на 60-100 лет – с учетом ввода в эксплуатацию новых
месторождений)
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду:
 Образование побочных продуктов в результате сжигания
нефтепродуктов: углекислый газ (CO2), угарный газ (CO), диоксид
серы (SO2), оксиды азота (NOX) и летучие органические вещества,
твердые частицы, свинец и различные токсичные вещества,
загрязняющие воздух (бензин, формальдегид, ацетальдегид, 1,3бутадиен).
Нефть – ценнейший источник сырья для производства
синтетических материалов.
«Топить нефтью – все равно, что топить ассигнациями»
Д.И. Менделеев
4
Наиболее показательные характеристики
Нефть
1
2
3
4
 Химическое загрязнение грунтовых вод при добыче,
химическое и тепловое загрязнение вод поверхности,
образование нефтяной пленки (ежегодное загрязнение
суши и акватории – 15 млн т)
 Нарушение ареалов обитания фауны и произрастания
флоры
 Загрязнение и деградация почвенного покрова
 Значительный водозабор
5
Наиболее показательные характеристики
Нефть
1 2 3 4
Выбросы загрязняющих веществ транспортным сектором Европы
Доля транспортного сектора в выбросах CO2
План действий Глобальной инициативы по
экономии топлива в 2012-2015 гг. :
Во всем мире в период между 2010 и 2050
годами спрос на топливо и выбросы CO2 в
транспортном секторе могут удвоиться, если
не будут приняты решительные меры по их
сокращению.
в выбросах NOX
58%
Нетранспортный сектор
20%
в выбросах СО
30%
Транспортный сектор
в выбросах SOX
21%
Источник: Европейское агентство по охране окружающей среды (EEA), 2012
6
Наиболее показательные характеристики
Нефть
1 2
Воздействие вредных выбросов на организм человека
Головная боль и беспокойство
(SO2), воздействие на
центральную нервную систему
(твердые частицы)
Сердечнососудистые
заболевания
(тв. частицы, O3,
SO2)
3
4
Раздражение глаз, носоглотки, проблемы с
дыханием (O3, тв. частицы, NO2, SO2,
бензапирен)
Воздействие на дыхательную
систему: раздражения,
воспаления, инфекции, астма и
ухудшение функции легких,
хронические заболевания легких
(тв. частицы); рак легких
(бензапирен)
Воздействие на
печень, селезенку и
кровь (NO2)
Воздействие на
репродуктивную
систему (тв. частицы)
Источник: Европейское агентство по охране окружающей среды (EEA), 2013
7
Наиболее показательные характеристики
Уголь
1
2
3
4
5
6
7
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду:
 Изменение рельефа и ландшафта
Карьерная
 Загрязнение водных ресурсов
добыча
 Отведение метана из шахт в атмосферу
 Проседание грунта над рудниками
 Утечка кислой воды из шахт
Подземная
добыча
 Выбросы вредных веществ: парниковые газы, токсичные
оксиды азота и серы, полициклические углеводороды, в
том числе бензапирен, твердые частицы
 Долгосрочное занятие значительных
площадей земель
 Пыление тонкодисперсной золой
 Загрязнение тяжелыми, радиоактивными
металлами атмосферы, почв и водоемов
Отвалы
золошлаковых
отходов
ТЭЦ на угле мощностью 1000 МВт выделяет больше радиоактивности, чем АЭС мощностью 1000 МВт
По мнению 49 ученых, лауреатов Нобелевской премии, последствия усиления парникового эффекта на
планете могут быть сравнимы лишь с последствиями ядерной войны.
Внешние издержки угольной энергетики (последствия загрязнения окружающей среды) – 0,07-0,13 евро за 1 кВтч
Источник: ExternE (проект по оценке внешних издержек энергетики, 1995-2005 гг.)
8
Наиболее показательные характеристики
Уголь
1
2
3
4
5
6
7
Выбросы вредных веществ в результате сжигания угля:
 Диоксид серы SO2 – способствует формированию
кислотных дождей и заболеваний дыхательных путей
и сердечно-сосудистых заболеваний
 Оксиды азота NOХ – способствуют формированию
смога и заболеваний дыхательных путей
 Твердые частицы – способствуют формированию
смога, дымки, заболеваний дыхательных путей и
легких
 Углекислый газ CO2 – парниковый газ: поглощает
инфракрасное излучение, происходит аккумуляция
части тепла в атмосфере, что ведет к повышению
температуры.
 Ртуть и пр. тяжелые металлы – вызывают нарушения развития
и неврологические нарушения у людей и животных. В случае
попадания ртути в воду, происходит билогический процесс
трансформации в метилртуть – высокотоксичное химическое
вещество, накапливающееся в рыбе, животных и людях.
 Зола-унос и золошлак – вымывание этих веществ с мест
хранения и захоронения в грунтовые воды и прорыв ряда
крупных зольных захоронений стали острыми экологическими
проблемами.
9
Наиболее показательные характеристики
Уголь
1 2 3 4 5 6 7
Воздействие вредных выбросов угольной промышленности на организм человека
Источник: Агентство охраны окружающей среды США (US EPA)
10
Наиболее показательные характеристики
Уголь
1 2 3
Выбросы угольной энергетики Европы
4
5
6
7
300 крупнейших угольных
станций:
70% – SO2
(всех европейских выбросов)
40% – NOX
(всех выбросов энергетического
сектора Европы)
50% – ртуть
(всех выбросов промышленности
Европы)
30% – мышьяк
(всех выбросов промышленности
Европы)
25% – CO2
(всех европейских выбросов)
Источник: Европейская ассоциация буровых углей и антрацитов (EURACOAL),
Всемирная база данных по электростанциям (WEPP)
11
Наиболее показательные характеристики
Уголь
1 2 3 4 5 6 7
Смертность в результате воздействия вредных выбросов угольной энергетики
22 100
преждевременных
смертей в год
2 700
дополнительных
смертей в год
при запуске 50 новых
угольных станций
237 000
лет жизни потеряно
Интенсивность цвета отражает количество смертей на участок территории 50х50 км, 2010 г.
Голубым отмечены наиболее загрязняющие угольные станции
Источник: Университет Штутгарта, Германия (Universität Stuttgart), 2013
12
Наиболее показательные характеристики
Уголь
1
2
3
4
5
6
7
Потеря лет жизни в результате воздействия существующих и перспективных угольных станций
ПОЛЬША
56 700
ГЕРМАНИЯ
33 400
РУМЫНИЯ
31 700
БОЛГАРИЯ ВЕЛИКО28 600
БРИТАНИЯ
22 600
ЧЕХИЯ
17 500
ГРЕЦИЯ
12 200
ФРАНЦИЯ
9 920
СЛОВАКИЯ ИСПАНИЯ ИТАЛИЯ СЛОВЕНИЯ ВЕНГРИЯ НИДЕРЛАНДЫ
5 740
5 360
1 480
5 910
1 660
1 510
СУММАРНАЯ ПОТЕРЯ
ЛЕТ ЖИЗНИ В ЕС
237 000
Источник: Университет Штутгарта, Германия (Universität Stuttgart), 2013
13
Наиболее показательные характеристики
Уголь
1
2
3
4
5
6
7
Экономические потери в результате воздействия вредных выбросов угольной энергетики
Потеря рабочих дней в результате воздействия угольной энергетики
на здоровье населения Европы
ПОЛЬША
1 120 000
ГЕРМАНИЯ
708 000
РУМЫНИЯ БОЛГАРИЯ
674 000
607 000
СЛОВАКИЯ ИСПАНИЯ ИТАЛИЯ СЛОВЕНИЯ ВЕНГРИЯ
125 000
121 000 113 000
34 000
31 800
43 млрд евро/год –
затраты на здравоохранение
Источник: Университет Штутгарта, Германия (Universität Stuttgart),
Альянс по здравоохранению и окружающей среде (HEAL), 2013
ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
480 000
ЧЕХИЯ
370 000
ГРЕЦИЯ ФРАНЦИЯ
260 000 210 000
НИДЕРЛАНДЫ
31 300
СУММАРНАЯ ПОТЕРЯ
РАБОЧИХ ДНЕЙ В ЕС
5 010 000
14
Наиболее показательные характеристики
Природный газ
1
2
3
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду:
 Ухудшение состояния земельных ресурсов, эрозия почв, оползни и
снижение плодородности
 Возможное нарушение миграционных потоков животных, ареалов флоры
и фауны
 Выбросы метана и токсичного сероводорода, соединений ртути в
атмосферу
 Выброс углекислого и угарного газа, оксидов азота, диоксида серы при
сжигании газа на месте (чтобы не допустить попадание метана и
сероводорода в атмосферу)
15
Наиболее показательные характеристики
Природный газ
1 2
Потенциал снижения выбросов СО2 транспортным сектором в Европе
3
921,3
млн т
641,5
млн т
СО2
перевод 100% транспорта
на природный газ
СО2
16
Наиболее показательные характеристики
Природный газ
1
2
3
При сжигании природного газа образуется наименьшее количество СО2 и SO2
Выбросы СО2 от различных видов топлива, т/ТДж
Природный газ
Сжиженные углеводородные газы
Бензин
Сырая нефть
Каменный уголь
Бурый уголь
Битуминозные сланцы и пески
0
20
40
60
80
100
120
Источник: МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата, IPCC)
17
Наиболее показательные характеристики
Сланцевый газ
1
2
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду:
 Ухудшение состояния земельных ресурсов, эрозия почв, оползни и
снижение плодородности
 Выбросы метана и токсичного сероводорода, соединений ртути в
атмосферу
 Выброс углекислого и угарного газа, оксидов азота, диоксида серы
при сжигании газа на месте (чтобы не допустить попадание метана
и сероводорода в атмосферу)
 Нарушение грунтовых и поверхностных вод (в том числе питьевых)
– изменение их количества и качества
18
Наиболее показательные характеристики
Сланцевый газ
1
2
 Необходимость утилизации отработанной воды и
жидкости ГРП (компания Schlumberger рекомендует
утилизировать отработанную в процессе ГРП жидкость
как опасные отходы)
 Риск утечки жидкости ГРП, которая может содержать
потенциально опасные химические вещества (рассолы,
тяжелые металлы, радионуклиды и органические
соединения)
 Микроземлетрясения в результате как самого процесса
ГРП, так и обратной закачки отработанной воды
1 ГРП (гидроразрыв пласта) – это 15 млн л жидкости и 80-330 т химикатов
Источник: Impact Assessment of Natural Gas Production in the New York City Water Supply Watershed, 2009
Material Safety Data Sheets
19
Научно-технический прогресс в истории освоения
источников энергии
20
Эффективность различных способов генерации энергии
21
Наиболее показательные характеристики
Атомная энергия
1 2 3 4 5
АЭС не потребляют кислорода, не выбрасывают в атмосферу и водоемы вредные
химические вещества, они существенно экономят расходование органического
топлива, запасы которого достаточно ограничены.
Неодинаковый
подход к оценке
повседневных и
чрезвычайных
рисков
Человек подсознательно
нивелирует часто
встречающиеся опасности,
акцентируя внимание на
рисках, связанных со
сравнительно редкими
событиями.
Искусственно завышается
опасность атомной
энергетики, тогда как риски,
связанные с химическим
загрязнением воздуха или с
автомобильным движением
считаются допустимыми.
Непредвзятый анализ любой технологии выявляет и плюсы, и минусы. Вопрос состоит только в том,
готовы ли мы, пользуясь преимуществами того или иного подхода, смириться с его негативными
последствиями? Это проблема приемлемости риска, и она должна рассматриваться с точки зрения
реальных показателей, моделей, результатов экспериментов. Нельзя забывать, что отказ от
технологии в современном мире также несет определенные риски, которые могут оказаться более
22
значительными, нежели связанные с потенциально опасной технологией.
Наиболее показательные характеристики
Атомная энергия
1
2
3
4
Безопасное функционирование
 В основу проектных решений по обеспечению ядерной, радиационной и
экологической безопасности АЭС положены требования национальных
нормативов, которые опираются на рекомендации МАГАТЭ, Международной
комиссии по радиационной защите (МКРЗ), а также на опыт проектирования,
строительства и эксплуатации объектов гражданской атомной энергетики,
сооруженных по российским проектам.
 Принятые при разработке современных российских АЭС параметры внешних
воздействий соответствуют наиболее жестким мировым требованиям, таким,
например, как падение тяжелого самолета, а по некоторым параметрам даже
превосходят их (в частности, давление во фронте ударной волны, которая
может возникнуть в результате взрыва горючих материалов на площадке АЭС,
в три раза превышает величину, принимаемую в аналогичных зарубежных
проектах).
 Выполнение функций безопасности обеспечивается набором оборудования,
включающим устройства с активным и пассивным принципами действия.
23
Наиболее показательные характеристики
Атомная энергия
1
2
3
4
Безопасное функционирование
ВХОД
Существующая
система безопасности АЭС
(ССБ)
МОДЕЛЬ
ВОЗДЕЙСТВИЯ
Выработка технических и
организационных мер
предотвращения и
ликвидации воздействия
ужесточенных факторов в их
экстремальном и
комплексном совместном
воздействии
ПРОЦЕСС
ССБ обеспечивает безопасность
эксплуатации в существующих
условиях, но возможно не в
полной мере учитывает
возможное ужесточение условий
и особенно в их экстремальном
виде одновременного воздействия
ПРОВЕРКА
СООТВЕТСТВИЯ
Анализ достаточности
имеющихся сил и средств
для предотвращения и
ликвидации воздействия
ужесточенных факторов в их
экстремальном и совместном
действии
ВЫХОД
ССБ должна быть тестирована
на экстремальное и
совместное действие
ужесточенных факторов
воздействия
МОДЕЛЬ
ВЫХОДА
ССБ может не обеспечить
экстремальное сочетание
ужесточенных факторов
воздействия в их совместном
действии в экстремальных
условиях
Системный анализ экологической безопасности в
экстремальных условиях
24
Наиболее показательные характеристики
Атомная энергия
Проблема ОЯТ и РАО
 Основной принцип обращения с РАО
–
«концентрирование и изоляция».
 Однако простое концентрирование не является
достаточным;
РАО
необходимо
кондиционировать, т.е. перевести в химически
стойкое, экологически безопасное состояние.
Поэтому все жидкие отходы переводят в
твердую форму (например, в цементные
блоки). Твердые РАО, обладающие достаточной
химической стойкостью и механической
прочностью,
загружают
в
специальные
защитные
контейнеры,
а
контейнеры
отправляют в особые хранилища или на
объекты окончательной изоляции.
 Экологическая безопасность при захоронении
радиоактивных
отходов
обеспечивается
соблюдением
принципа
многобарьерной
защиты.
1
2
3
4
В противоположность
радиоактивным отходам АЭС
отходы угольных станций (то
есть зола) сбрасываются на
площадку под открытым небом.
Золоотвалы – непременные
спутники угольных ТЭЦ – не
совсем безобидны с
экологической точки зрения.
25
Наиболее показательные характеристики
Ветровая энергия
1
2
3
Неблагоприятное воздействие на окружающую
среду:
 Отчуждение больших земельных площадей (для
обеспечения Франции электроэнергией за счет
энергии ветра необходимо 20 тыс. км2 земли – 4%
территории страны)
 Помехи для воздушного сообщения и для радио- и
телевещания
В 2100 г. в районах установки наземных ВЭС
произойдет потепление на 1С, если мощность
ветроэнергетики достигнет уровня в 10% мирового
спроса на энергию. При охлаждающем эффекте
оффшорных ВЭС суммарный эффект от развития
ветроэнергетики выльется в потепление на 0,15С.
26
Наиболее показательные характеристики
Ветровая энергия
1
2
3
 Неблагоприятное воздействие на морских животных (в случае оффшорных
ветроустановок)
 Локальные климатические изменения вследствие нарушения естественной циркуляции
воздушных потоков
 Нарушение путей миграции птиц (установка мощностью 2-3 МВт имеет диаметр
ветрового колеса 100 м)
 Опасность для мигрирующих птиц и насекомых
 Шумовое воздействие (установку мощностью 2-3 МВт необходимо отключать в ночное
время)
 Ландшафтная несовместимость, непривлекательность, визуальное загрязнение
Изменение ландшафта при сооружении ветропарка
27
Наиболее показательные характеристики
Ветровая энергия
1
2
3
Экономический аспект ветровой энергетики:
 Необходимость создания резервных мощностей для бесперебойного электроснабжения (из-за
непредсказуемости и неконтролируемости поступления ветровой энергии)
 Проблемы транспортировки электроэнергии от ВЭС промышленного масштаба до потребителя
 Высокие установочные затраты для частных установок
 Необходимость стимулирующих мер (налоговые льготы, экономические стимулы, господдержка)
 Проблемы с подключением в общую энергосеть
 Изменение путей традиционных морских перевозок в районе оффшорных ВЭС
Динамика установленной мощности ВЭС в мире, ГВт
350
318,1
283
300
238,1
250
198
200
159
150
100
50
6,1
7,6
39,4 47,6
31,1
23,9
10,2 13,6 17,4
1996
1997
1998
59,1
73,9
120,6
93,9
0
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Источник: GWEC Global Wind Statistics 2013 (Global Wind Energy Council)
28
Наиболее показательные характеристики
Солнечная энергия
1
2
3
4
Неблагоприятное
воздействие
на
окружающую среду:
 Отчуждение больших земельных площадей,
их возможная деградация (для СЭС в
средней
полосе
европейской
части
мощностью 1 ГВт и КПД 10% необходима
минимальная площадь в 67 км2 + земли под
различные промышленные предприятия,
изготавливающие
материалы
для
строительства и эксплуатации СЭС)
 Затемнение
больших
территорий
солнечными концентраторами
 Изменение теплового баланса, влажности,
направления ветра в районе расположения
станции
29
Наиболее показательные характеристики
Солнечная энергия
1
2
3
4
 Опасность загрязнения окружающей среды токсичными
веществами – серной кислотой, свинцом и кадмием,
которые применяются при производстве солнечных
панелей
 Возможные утечки рабочих жидкостей, содержащих
хлораты и нитриты
 Загрязнение продукции токсичными веществами при
использовании солнечных систем в сельском хозяйстве
 Перегрев и возгорание систем
 Воздействии на климат космических СЭС
 Передача энергии космических СЭС на Землю в виде
микроволнового излучения, опасного для живых
организмов и человека
30
Наиболее показательные характеристики
Солнечная энергия
1
2
3
4
Экономический аспект солнечной энергетики:
 Необходимость создания резервных мощностей для бесперебойного электроснабжения (из-за
непредсказуемости и неконтролируемости поступления солнечной энергии)
 Относительно низкая плотность энергии (интенсивность солнечного излучения для средней
полосы европейской части составляет 150 Вт/м2 – в 1 000 раз меньше тепловых потоков в
котлах ТЭС)
 Большая материалоемкость (затраты времени и людских ресурсов в 500 раз больше, чем в
традиционной энергетике)
Динамика установленной мощности ФЭС в мире, ГВт
140
130
120
102,2
100
71,1
80
60
40,7
40
23,6
20
0,7
0,8
0,9
1,2 1,4
1,8
2,2
2,8
4
1996
1997
1998
1999
2001
2002
2003
2004
5,4
6,9
9,5
16,2
0
2000
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Источник: EPIA Global Market Outlook for Photovoltaics 2013-2017 (European Photovoltaic Industry Association)
31
Наиболее показательные характеристики
Солнечная энергия
1
2
3
4
 Проблемы транспортировки электроэнергии от СЭС промышленного масштаба до
потребителя
 Высокие установочные затраты для частных установок
 Необходимость стимулирующих мер (налоговые льготы, экономические стимулы,
господдержка)
 Проблемы с подключением в общую энергосеть
 Электроэнергия, получаемая на СЭС, – самая дорогая
Сравнение стоимости выработки электроэнергии за счет различных источников энергии
Способ получения электроэнергии
Стоимость, центов за 1 кВт·ч
Газовые и угольные ТЭС
3,9-5,5
БиоТЭС
2,9-9
ВЭС
3,8-6
ГеоТЭС
3,9-30
ГЭС
5,1-11
СЭС
15-30
Источник: Types of Renewable Energy: A Cost Comparison (Green Electricity Guide, 2011)
32
Наиболее показательные характеристики
Биомасса
1
2
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду:
 Негативное влияние на биоразнообразие (замена естественной флоры на энергетические культуры)
 Обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв (для производства из навоза биогаза для
выработки 1 ГВт электроэнергии требуются 80 млн свиней или 800 млн птиц на площади 80-100 км2)
 Ухудшение качества питьевой воды и подкисление почв в результате применения пестицидов и
удобрений
 Выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ, оксидов углерода и азота, биогаза,
биоспирта
 Выброс тепла и изменение теплового баланса
 Взрывоопасность (биогазовая установка должна контролироваться и содержаться в исправности)
 Большое количество отходов в виде побочных продуктов (промывочные воды, остатки перегонки)
33
Наиболее показательные характеристики
Биомасса
Экономический аспект биоэнергетики:
 Предпочтение выращиванию энергетических, а не продуктовых растений
 Высокая стоимость коммерческого завода по производству биотоплива
1
2
Из биомассы производится биоэтанол (автомобильное топливо). Сырье для производства биотоплива
первого поколения: кукуруза, пшеница, сахарная свекла, сахарный тростник, маис и т.д. Использование
земель под выращивание специальных энергетических культур усугубляет продовольственную
проблему. В свете продуктового дефицита для получения биотоплива представляется целесообразным
использование отходов.
Для строительства завода по производству биотоплива
второго поколения мощностью 100 млн л/год необходимо
125-250 млн долл.
34
Наиболее показательные характеристики
Гидроэнергия
1
2
3
Неблагоприятное воздействие на окружающую
среду:
 Затопление сельскохозяйственных угодий и
населенных пунктов
 Нарушение водного баланса выше и ниже по
течению
 Воздействие на флору и фауну
 Климатические последствия (изменение теплового
баланса, увеличение количества осадков, скорости
ветра, облачности и т.д.)
 Заиливание водоема выше по течению и эрозия
берегов ниже по течению
 Ухудшение самоочищения проточных вод и
уменьшение содержания кислорода
 Затруднение свободного движения рыб
 Выделение значительных объемов метана и СО2
Выброс парниковых газов ГЭС может превышать
выбросы традиционной ТЭС на мазуте, если площадь
резервуара значительна относительно мощности ГЭС
(менее 100 Вт на 1 м2 поверхности) и вырубка лесов
на затапливаемой территории не проводилась.
Источник: EIA Technology Roadmap: Hydropower 2012 (Energy Information Administration),
World Commission on Dams
35
Наиболее показательные характеристики
Гидроэнергия
1
2
3
 Риск потенциальных катастроф из-за технической или технологической ошибки, природных
условий, диверсии
1963 г.: в Италии авария на плотине в Вайонте привела к гибели 3 тыс. человек.
1975 г.: в Китае в результате прорыва плотины Баньцяо погибло 26 тыс. чел., и еще 145 тыс. чел. –
из-за последовавшей эпидемии.
1977 г.: в США катастрофа на уже выведенной из эксплуатации в 1967 г. небольшой дамбе Келли
Барнс унесла жизни 39 человек.
1979 г.: в Индии авария на плотине в Морви унесла около 15 тыс. жизней.
2009 г.: в России в результате аварии на Саяно-Шушенской ГЭС погибло 75 человек.
Одно из помещений Саяно-Шушенской ГЭС до и после аварии
36
Наиболее показательные характеристики
Гидроэнергия
1
2
3
Экономический аспект гидроэнергетики:
 Гидроэнергетический потенциал в большинстве
промышленно развитых стран практически
полностью исчерпан
 Необходимость переселения людей при
строительстве новых дамб
 Зависимость выработки электроэнергии от
кратковременных климатических изменений
(засуха может снизить объем вырабатываемой
энергии)
Гидроэнергия – единственный вид ВИЭ, который вносит самый заметный вклад в производство
электроэнергии в мировом масштабе (16,3%).
37
Наиболее показательные характеристики
Геотермальная энергия
1
2
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду:
 Отчуждение земель
 Изменение уровня грунтовых вод, оседание грунтов, заболачивание
 Подвижки земной коры, повышение сейсмической активности
 Эмиссия отравляющих газов (пары ртути, метан, водород, сероводород, аммиак, двуокись и окись углерода)
 Выброс тепла в атмосферу или в поверхностные воды
 Сброс отравленных вод и конденсата, загрязненных аммиаком, ртутью, кремнеземом
 Загрязнение подземных вод и водоносных слоев, засоление почв
 Выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов
38
Наиболее показательные характеристики
Геотермальная энергия
1
2
Экономический аспект геотермальной энергетики:
 Экономически эффективна только в районах активной вулканический деятельности с доступными
источниками горячих грунтовых вод
 Высокие риски, т.к. геотермальная активность может внезапно уменьшится или прекратиться
 Высокие первоначальные капитальные затраты
 Необходимость стимулирующих мер (налоговые льготы, экономические стимулы, господдержка)
 Длительные сроки ввода в эксплуатацию (4-8 лет – больше, чем для СЭС и ВЭС)
39
Наиболее показательные характеристики
Приливная и волновая энергия
1
2
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду
Приливная энергетика:
 Периодическое затопление прибрежных территорий,
изменение землепользования, флоры и фауны
акватории в районе ПЭС
 Строительное замутнение воды, поверхностные
сбросы загрязненных вод
 Турбины опасны для дикой природы (птиц и рыб)
Волновая энергетика:
 Эрозия побережья, смена движения прибрежных
песков
 Загрязнение воды в процессе строительства,
поверхностные сбросы
40
Наиболее показательные характеристики
Приливная и волновая энергия
1
2
Экономический аспект приливной и волновой энергетики:
 Высокие первоначальные капитальные затраты (строительство волновой ЭС – самое дорогое)
 Значительная материалоемкость
 Изменение сложившихся судоходных путей вдоль берегов
Сравнение стоимости строительства электростанции различных типов
Тип электростанции
Стоимость, млн долл. за 1 МВт мощности
Традиционная ТЭС
1
ГЭС
1
Наземная ВЭС
2
СЭС
Оффшорная ВЭС
Волновая ЭС
3,5-6
4,5-5,5
6-10
Источник: Green World Investor, 2011
41
Наиболее показательные характеристики
Водородная энергия
Водородная энергетика – экономичное и экологическое направление выработки энергии, где
водород – средство аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми,
транспортной инфраструктурой и различными производственными процессами.
Водород – наиболее распространенный элемент на поверхности Земли и в Космосе, теплота
сгорания водорода самая высокая, продукт сгорания водорода – вода (остается в
кругообороте водородной энергетики).
Основная проблема – производство исходного топлива – водорода.
Методы промышленного производства
водорода:
 Паровая
конверсия
природного
газа/метана
 Газификация угля
 Электролиз воды
 Термохимическим или биохимическим
способом из биомассы
 За счет атомной энергии: ведутся работы
по
созданию
АЭС
следующего
поколения, способных производить
водород
42
Воздействие различных видов топлива на окружающую
среду
Коэффициент эмиссии загрязняющих веществ при сжигании различных видов топлива
относительно угля на одной большой электростанции
SO2
NOX
частицы
Уголь
1,00
1,00
1,00
Нефть
1,00
1,50
0,42
Природный газ
0,00
0,38
0,00
Биомасса
0,36
0,61
1,00
Выбросы СО2 (на примере Фольксваген Гольф с разными приводами)
Проблема утилизации и высокая
Электрический двигатель
88 г/км стоимость аккумуляторов
Газовый двигатель
127 г/км
Гибридный двигатель
146 г/км
Бензиновый двигатель
167 г/км
0
50
Источник: Альянс по здравоохранению и окружающей среде (HEAL),
Фольксваген Групп, 2013
100
150
200
43
Экологическая эффективность
различных способов производства энергии
Сравнительные показатели экологической эффективности различных способов производства энергии
(по 10-балльной системе)
Баллы различных способов генерации энергии
№
п/п
Показатель
Уголь
Газ,
нефть
Гидроэнергия
Солнце
Ветер
Ядерная
энергия
1
2
3
4
5
6
1.
Количество выделяющихся
парниковых газов
10
7,2
0,1
0,7
0,3
0,1
2.
Выброс вредных веществ
в атмосферу
10
4,3
0,1
5
0,1
0,1
3.
Сброс вредных веществ
в водные источники
5
0,4
0,1
0,1
0,1
0,1
4.
Образование отходов
10
1,7
0,1
3
3
0,1
5.
Отчуждение земельных
ресурсов
0,1
0,1
10
3,3
5
0,1
6.
Выделение радиоактивных
веществ в окружающую среду
10
0,4
0,1
0,1
0,1
5
7.
Риск для людей
10
0,3
0,9
2,9
0,2
0,5
8.
СКП (Суммарный комплексный
показатель вредного воздействия)
65,2
26,4
16,5
22,1
18,9
16,1
1,00
2,47
3,95
2,95
3,45
4,05
24,7 %
61 %
97,5 %
72,8 %
85,2 %
100 %
ПЭЭ (Комплексный показатель
экологической эффективности)
9.
Доля в % от наилучшего
44
Сравнительные показатели экологической эффективности
различных способов производства энергии
10
Количество
выделяющихся
парниковых газов
Показатели экологической эффективности, баллы
9
8
Выброс вредных
веществ в атомосферу
7
6
Сброс вредных веществ
в водные источники
5
Образование отходов
4
Отчуждение земельных
ресурсов
3
2
Выделение
радиоактивных веществ
в окружающую среду
1
Риск для людей
0
Уголь
Газ, нефть
Гидроэнергия
Солнце
Ветер
Ядерная
энергия
45
Суммарный комплексный показатель
вредного воздействия на окружающую среду и человека
Суммарный комплексный показатель
70
65,2
60
50
40
30
26,4
22,1
20
16,5
18,9
16,1
10
0
Уголь
Газ, нефть
Гидроэнергия
Солнце
Ветер
Ядерная
энергия
Различные способы производства энергии
46
Относительный комплексный показатель
экологической эффективности
Доля (% ) от наилучшего показателя
120
100
97,5
100
85,2
80
72,8
61
60
40
24,7
20
0
Уголь
Газ, нефть
Гидроэнергия
Солнце
Ветер
Ядерная
энергия
Различные способы производства энергии
47
Экономические показатели энергоресурсов
Парниковые газы тесно связаны с экономическими показателями
Показатели
Уголь
Нефть
Природный
газ
Гидроэнергия
Ветер
Солнце
Ядерная
энергия
Удельные капитальные
затраты, долл./кВт
1300
1150
1350
2000
1800
2500
2200
Себестоимость
электроэнергии,
цент/кВт·час
3,25
2,8
2,8
1,2
5,9
12
2,6
Выход CO2*,
г/кВт (квоты, плата)
251
192
180
0
0
0
0
Выброс SO2 ,
мг/кВт·ч (штрафы)
288
26
0
-
0
0
0
Выбросы NOx ,
мг/кВт·час (штрафы)
516
242
208
-
0
0
0
Риск профессиональной
смертности, число
смертей/(ГВт/ч)
(Затраты на охрану
здоровья)
7
3
1
4
4
4
0,7
48
Сравнительные показатели экологической эффективности
различных способов производства энергии
Ущерб здоровью населения
(потерянные годы жизни чел-лет на 1 ТВт·час выработанной энергии)
180
164
160
140
136
120
100
80
60
44
40
20
7
14
3
0
Каменный уголь
Бурый уголь
Природный газ
Ядерная
энергетика
Солнечная
энергетика
Ветровая
энергетика
Источник: Отчет Комиссии Европейского Сообщества
(при сотрудничестве с Министерством энергосбережения США)
49
ВЫВОДЫ
1
2
1. На современном этапе в мировой экономике нефть, уголь и природный газ остаются доминирующими
энергоносителями, обеспечивая почти 90% суммарных потребностей в энергии. Эти источники энергии –
невозобновляемые, их запасы постепенно истощаются, а экономическая составляющая процессов
добычи, переработки, транспортировки и хранения постоянно растет.
2. Основные потребители первичных энергоресурсов – теплоэлектроэнергетика и транспортный сектор
– основные источники загрязнения воздушного и водного бассейнов, изменения климата, ухудшения
экологического состояния окружающей среды.
3. Для решениях глобальных экологических проблем необходимо перейти к использованию
принципиально новой энергии. При этом безусловным приоритетом должна быть экологическая
безопасность. С использованием новых видов энергии возникают новые виды экологических
последствий, которые могут привести к изменению природных условий, как региональных так и
глобальных.
4. При сравнении экологических показателей можно сделать вывод, что энергию лучше всего получать
за счет внутренней энергии вещества и возобновляемой энергии.
5. Технический прогресс в сфере возобновляемых источников энергии (ВИЭ) позволил достичь
достаточно высоких темпов прироста производства «зеленой» энергии (17 – 19% в год). Тем не менее,
использование ветровой, солнечной, геотермальной и других видов возобновляемой энергии из-за
высокой начальной капиталоемкости и необходимости стимулирующих мер обеспечивает пока менее
2% коммерческого энергоснабжения и сосредоточенно в сравнительно небольшом количестве стран.
Половина мировых мощностей ВИЭ расположена в 4 государствах – США, Германии, Китае и Испании. В
ближайшем будущем ВИЭ не смогут стать абсолютной альтернативой существующим нефти, углю и газу,
и будут играть роль вспомогательного энергоресурса, решающего локальные проблемы.
50
ВЫВОДЫ
1
2
6. Для сокращения негативного влияния ископаемых источников энергии на окружающую среду,
необходимо развивать технологии возобновляемой и водородной энергетики и наращивать
использование внутренней энергии вещества.
7. В качестве переходного и поддерживающего источника энергии при переходе к полномасштабному
использованию экологически безопасных источников энергии предпочтение необходимо отдать
природному газу как наиболее экологически чистому ископаемому энергоресурсу.
8. Расширение применения ВИЭ, водородной и атомной энергии – объективная реальность
современного мира, которая отражает ориентацию ведущих стран мира.
51
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
52