ВДЕ та екологічні побічні ефекти

Ця стаття є продовженням теми розвитку відновлюваних джерел енергії (РЕС). Ми говоримо про внесок відновлюваної енергії до емісії парникових газів і, в цілому, побічні екологічні ефекти розвитку відновлюваної енергії. У деяких випадках негативні впливи відновлюваної енергії на навколишнє середовище і суспільство можуть бути великі, незважаючи на зазначені цілі підвищення екологічної ефективності, і кожен проект вимагає окремого ретельного аналізу. В цілому позитивний і негативний вплив навколишнього середовища енергії на відновлювану енергію є питанням, що все ще вимагає додаткових комплексних досліджень.







Кліматовий аспект розвитку відновлюваної енергії пов'язаний з «нульними викидами CO2» в експлуатації сонячних, вітрових, гідравлічних та інших електростанцій на відновлюваних ресурсах. Дійсно, в цих випадках виробництво енергії відбувається без горіння сировини вуглеводнів і, в результаті, без випливу парникових газів і інших забруднюючих речовин в атмосферу.

Однак ситуація є більш складним, коли ви подивитеся на весь життєвий цикл виробництва, починаючи з підготовчих етапів і в тому числі побічні ефекти в процесі виробництва енергії.

Для отримання енергії необхідно виготовити і встановити електрообладнання, створити інфраструктуру і забезпечити умови її експлуатації, підготувати сировину, розпоряджатися витраченим матеріалом і обладнанням в кінці терміну служби. Це вимагає роботи металургійних, машинобудівних, сільськогосподарських та інших підприємств, використання енергії з викопних джерел, а також ненульових викидів.

Враховуючи вплив навколишнього середовища на всі етапи показує, що перехід на відновлювану енергію не завжди призводить до зменшення забруднення навколишнього середовища, включаючи зниження викидів CO2 та інших парникових газів.

Дослідження побічних ефектів (включаючи екологічну) відновлюваної енергії в комплексі мають порівняно недавню історію, і нещодавно це було розглянуто більш активно. Нещодавня нездатна робота Ото Андерсена, норвезького дослідника, дослідника та проектного менеджера Західного Норвегія Науково-дослідного інституту (WNRI), «Незмінні наслідки відновлюваної енергії». Проблеми, які повинні бути адресовані. Робота Андерсена використовує інформацію, яку раніше зібрано різними дослідниками на окремих типах енергії та регіонів, на основі яких побудовано узагальнену картину екологічних ризиків відновлюваної енергії.

Ключові поняття та підходи пов’язані з аналізом життєвого циклу (аналіз життєвого циклу, ЛКА) та оцінкою так званого «випадкового впливу», «відновлення ефектів» або «відновлення наслідків» – відступні ефекти, які в вітчизняній літературі перекладається як «реставраційні ефекти» або без перекладу, «відновлення впливу».

З точки зору аналізу життєвого циклу та контрефектів на біоенергетика (вирощування енергетичних культур для виробництва біопалива), сонячної фотоелектричної енергії, деяких аспектів водневої енергії та використання електромобілів.

На цій темі за останні роки надана низка питань.

Відновлювана енергія та викиди парникових газів

Коли мова йде про викиди парникових газів, різні види відновлюваної енергії, за даними Андерсена, не є «рівним зеленим» при перегляді з точки зору повного життєвого циклу. Головний показник, з точки зору викидів парникових газів, пов'язаних з виробництвом енергії, що використовується Андерсоном, є величиною грамеквівалентної CO2 на одиницю виробництва енергії, зокрема, 1 кВт•год, для електроенергетики, тобто GCO2eq / кВт•год.

У цьому випадку методологія розрахунку і початкові припущення є важливою – насамперед, за який часовий інтервал здійснюється розрахунок, а також завантаження виробничих потужностей (використання встановленої потужності, тобто КМІУ) і, відповідно, очікуване виробництво енергії за певним періодом часу. Картина тут так само, як і при розрахунку вирівнюваних витрат (ЛК) для виробництва агрегату енергії. Найчастіше використовується 20-річний інтервал.

Аналіз життєвого циклу дає наступні показники випромінювання для різних видів виробництва електроенергії [gCO2eq/kWh]: вітер - 12; тидал - 15; гідравлічний - 20; океанська хвиля - 22; геотермальний - 35; сонячні (фотоелектричні) батареї - 40; сонячні концентратори - 10; біоенергетика - 230.

Це, однак, в будь-якому випадку, є порядок величини менше, ніж значення, віддані для енергії, яка працює на викопної сировини: вугілля - 820; газ - 490. У той же час, найбільш «надзвичайний сейф», в цьому сенсі, є ядерна енергія, де рівень емісії GCO2eq / кВт•год є лише 12, що означає, що це дорівнює найнижчій відновлюваній енергії. Очевидно, що розподіл викидів парникових газів на стадіях життєвого циклу виробництва різних видів енергії різко змінюється (рис. 1, Таблиця 1).

У разі вітру, сонячної, геотермічної та гідроенергії головний екологічний тягар потрапляє на стадії виробництва матеріалів, обладнання та будівництва рослин. Схожі ядерної енергії. Виробництво паливної потужності Фоссила має об'єм викидів при експлуатації рослини, що вимагає спалювання палива. Те ж саме для біоенергетики. Таким чином, ми також можемо зробити аналогію тут з структурою вартості – в першому випадку «виховні витрати» більше в категорії постійного, в другому – в категорії змінних. У першому випадку переваги більш виражені при більш тривалих інтервалах часу. У другому випадку проміжок в «вуглецево-емісійній потужності виробництва» можна зменшити за технологіями, що знижують витрати палива і системи захоплення парникових газів. У цьому випадку при порівнянні «емісійності» вітрових і вугільних електростанцій допускається часовий інтервал 20 років і CIUM вітрових електростанцій становить 30-40%.





З точки зору аналізу життєвого циклу та контрефектів на біоенергетика (вирощування енергетичних культур для виробництва біопалива), сонячної фотоелектричної енергії, деяких аспектів водневої енергії та використання електромобілів.

Варто враховувати, що наведені вище валові середні (медіан) значення, не існує багато точності. Багато залежить від технології та специфічних умов виробництва. Дані з різних досліджень та різних джерел можуть істотно відрізнятися. Зокрема, для вітрової потужності, поширення може діапазон від 2 до 80 gCO2eq/kWh (onlinelibrary.wiley.com).

Для гідроелектричних електростанцій gCO2eq/kWh може досягати 180. І значення «низько» для викопних паливних електростанцій 200-300 gCO2eq/k Вх.

Причини, чому викиди парникових газів можуть досягати високих значень для циклів життя гідроелектричних, сонячних, біоенергетичних та геотермальних електростанцій. У разі гідроелектричних електростанцій, це, насамперед, утворення водосховища на греблі, в якому може бути сформований застійний режим з мікробіологічною декомпозицією органічного матеріалу в грунтолотинській зоні, що викликає збільшення викидів CO2 і CH4 (метану). Схожі процеси можливі на ділянках тидалових електростанцій. На сонячній фотоелектричній енергії основні проблеми пов'язані з виробництвом сонячних панелей, оскільки серед інших ризиків для навколишнього середовища і здоров'я, це призводить до емісії ряду фторових сполук - гексафтороетан C2F6, трифторід азоту NF3, сірчаний гексафтор SF6, які є потужними парниковими газами. У разі геотермічної енергії багато залежить від складу енергоносіїв - теплової води, що характеризується високою температурою і мінералізацією з комплексним хімічним складом. У процесі його використання та утилізації можливе як безпосереднє теплове забруднення навколишнього середовища, так і вивільнення в грунт, воду та атмосферу ряду хімічних сполук, в тому числі парникових газів.

На всіх стадіях виникають викиди парникових газів з біоенергетики. Перш за все це відбувається на стадії вирощування енергетичних культур, зокрема, ріпаку і пальми нафти. Інтенсивне вирощування ріпаку вимагає великої кількості азотних добрив, що призводить до збільшення емісії потужного парникового газу - азотного діоксиду N20, який також знищує озону шар.

доб.



В середньому, як можна побачити, незважаючи на ефект перезавантаження, викиди парникових газів в життєвому циклі відновлюваних джерел енергії залишаються значно меншими порівняно з невідновлювальними енергетичними ресурсами (за винятком ядерної енергії).

У Південно-Східної Азії (Індонезія, Малайзія, Таїланд) на торфах-вересках, які є природними «трапсами» і «стораж» вуглецю, а на місці тропічних і екваторіальних дощових лісів, які виконують роль «світлих планет». Це викликало швидке руйнування ґрунтового покриву, порушення природного режиму карбонового захоплення і, відповідно, збільшення парникових газів (CO2 і CH4) в атмосфері. У найгірших сценаріях, масштабний перехід від викопу до біопаливо не може зменшити, але навіть збільшити, викиди парникових газів до 15%.

Ще один, як і раніше практично нерозширений аспект є можливим зниженням загального альбедо (рефлективної потужності) Землі з великим розподілом енергетичних культур, що теоретично може стати чинником в кліматичному потепління.

На оперативному етапі згоряння біопалива (в транспортно-енергетичних установках), як правило, виробляється в суміші з викопними паливами, також утворюються нові хімічні сполуки, так як виходить, що несе як токсичні, так і парникові небезпеки. Збільшення викидів парникових газів в результаті дії, щоб зменшити його є одним прикладом ефекту перезавантаження.

В середньому, незважаючи на цей ефект, емісія парникових газів в життєвому циклі відновлюваних джерел енергії значно нижче порівняно з невідновлювальними енергоресурсами (за винятком ядерної енергії).

У той же час це не завжди справа, і кожен конкретний проект або програма для розвитку відновлюваної енергії вимагає ретельного аналізу, в тому числі з точки зору навколишнього середовища, вони не завжди можуть вважатися «зеленим» порівняно з іншими варіантами.

680893



Інші побічні ефекти

На додаток до викидів парникових газів як контрефект, відновлювана енергія має інші екологічні побічні ефекти. ГЕС та тидалові електростанції змінюють струми та температури річок та морських бухт, стають перешкодами для міграції риби та інших потоків речовини та енергії. Крім того, одним з суттєвих побічних ефектів гідроелектричних електростанцій є затоплення територій, придатних для поселення, сільського господарства та інших заходів.

У той же час на берегах водойм на гідроелектростанціях можливі зміни місцевих кліматичних умов і розвиток сейсмічних явищ. Стагнантний режим води в водоймах може спровокувати не тільки збільшення викидів парникових газів, але і накопичення шкідливих речовин, які позбавляють загрозу здоров'ю людини.

Окрема небезпека може бути представлена проривами і згортаннями гребнів гідроелектричних електростанцій - особливо в гірських і сейсмічних районах. Один з найбільших катастроф такого роду стався в 1963 році на річці Vajont в італійських Альпах, де гігантські землі Здійснено величезну хвилювання, загинув понад 2000 осіб.

Геотермальна енергія несе ризики хімічного забруднення води та грунту - термічні рідини, крім вуглекислого газу, містять сульфат H2S, аміаку NH3, метану CH4, сіль столу NaCl, boron B, арсенічний As, ртуті Hg. Існує проблема утилізації небезпечних відходів. Крім того, можливе колосальне руйнування конструкцій самих теплових станцій, а перекачування теплової води може викликати деформацію шарів порід і місцевих сейсмічних явищ, схожих на тих, які відбуваються в будь-якому гірничодобувному виробництві або навантаженні міжшарових підземних вод.

Біоенергетика асоціюється з відчуженням земель сільськогосподарського призначення (і іншими ресурсами) для вирощування енергетичних культур, що, з великим переходом до використання біоенергетики, може посилити світову харчову проблему.

Найбільш грубий розрахунок показує, що вирощування ріпаку або соняшнику в якості сировини для біопалива може призвести до того, що тонна біопалива на 1 гектар обрізається землі. Загальний обсяг споживання енергії в світі досягає 20 мільярдів тонн на рік в еквіваленті нафти. Заміна цього об’єму біопаливо лише 10%, або 2 млрд тонн, вимагатиме відчуження близько 2 млрд га землі, тобто близько 40% всіх земель сільськогосподарського призначення у світі, або 15% від загальної площі землі Землі, крім Антарктиди. Широке поширення енергетичних монокультур зменшує біорізноманіття, як безпосередньо так і непрямо, через погіршення умов проживання багатьох видів флори і фауни.

На стадії спалювання біологічного палива, зокрема, в транспорті, коли його перемішують з викопними паливами (звичайний дизель або бензин) і використання добавок, які дозволяють краще працювати в зимових умовах, утворюються нові хімічні сполуки, токсичні і карциногенні в їх властивостях. Це було показано, зокрема, за спостереженнями та експериментами в рамках дослідження «Вплив вмісту біокомпонентів в паливі на викиди дизельних двигунів та деградації моторного масла».

У зв'язку з тим, що алгальська енергія виглядає відносно бажано - отримання енергетичної сировини від водоростей. Відомі культури включають в себе ботриококи та Артроспіра (Спіруліна) platensis. Алега, в порівнянні з «земними» енергетичними культурами, відрізняється більш високою (у певних умовах – порядок величини вище) продуктивністю за одиницю площі за одиницю часу і більшим вмістом жирів (льодів) – стартовим матеріалом для виробництва біопалива. Крім того, вирощування водоростей не пов'язана з відчуженням продуктивної сільськогосподарської землі, створення складних конструкцій і обладнання, використання великої кількості добрив. У той же час алга є одним з потужних поглиначів вуглекислого газу і кисневих виробників. У зв'язку з цим, цей напрямок відновлюваної енергії, яка ще недостатньо розвинена, може вважатися дуже перспективними як з виробничо-екологічних позицій.

Вітрова енергія є найменш небезпечним з точки зору парникових газів і забруднюючих речовин, при цьому викликає ряд вимог екологів на інших посадах. До них відносяться забруднення шуму, «естетичні забруднення», ризик впливу обертаючих лез на психіку. Ще одна група претензій пов'язана з впливом на фауну - зокрема, вітрові турбіни можуть відлякати птахів і викликати їх смерть при співвідношенні з лопатями.





Проблема, яка також вирощує час, особливо в якості офшорних (офшорних) вітроелектростанціях побудована – проблеми з доступністю до послуг і аварійних послуг, труднощів з обслуговування, усунення несправностей та надзвичайних ситуацій, зокрема, при попаданні вітротурбін.

Припустимий досвід роботи вітротурбін, який був у Західній Європі протягом 20 років, показує, що ці вимоги досить спекулятивні в природі - принаймні враховуючи щільність вітротурбін і дотримання певних заходів безпеки, зокрема, розміщення вітротурбін на відстані не менше декількохсот метрів від житлових площ. Інші проблеми здаються більш реальними. Один з них очевидний: вітрові ферми вимагають великих площ, і є обмеження їх установки в районах з високою щільністю населення і інфраструктурою. Ще одна проблема, яка набуває більш термінового часу, є утилізація відпрацьованих вітротурбінних лопаток, побудованих з композитних матеріалів і забезпечує високий потенціал для забруднення навколишнього середовища.

Наступною проблемою є також зростання часу, особливо з будівництвом офшорних (офшорних) вітропарків – проблеми з доступністю до послуг і аварійних послуг, труднощів з обслуговування, усунення несправностей і аварійних ситуацій, зокрема, при порушенні вітротурбін.

Всі вищевказані проблеми можуть бути посилені, створюючи багатоплучий ефект, з більш широким прийняттям вітрової потужності. В даний час нараховує близько 9% від загальної електроенергії в Німеччині, близько 5% в Італії, і 18% в Іспанії. В інших великих країнах-виробниками, це значно менша частка, в той час як глобальний середній становить близько 2,5%. Які ефекти можуть призвести до збільшення потужності вітру в два-три рази або більше є окремим питанням для дослідження.

У сонячній енергії основні екологічні ризики пов'язані з використанням великої кількості токсичних і вибухонебезпечних компонентів при виготовленні сонячних панелей. Зокрема, сонячні панелі містять кадмію катаміду CdTe, кадмію сульфату CdS, гліцію арсенід GaAs, а фтор використовується в процесі виробництва, створюючи ряд токсичних сполук. Це створює проблеми на етапі виробництва, а потім на етапі утилізації акумуляторів, які вичерпували їх життя. Ця проблема також неминуче підвищить час. Ще однією проблемою з виробництва сонячних панелей є велика кількість споживання води. Згідно з даними Американської, споживання висококласної води для виробництва 1 МВт потужності становить близько 10 л / хв.

Інтегрований показник, який використовується для оцінки шкоди діяльності суспільства та навколишнього середовища, є зовнішніми, або зовнішніми витратами (зовнішні витрати), витрати, не включені в ціну продукту, які вводяться суспільством в цілому, тобто соціально-економічні та соціально-натурні збитки, викликані. Зовнішні витрати включають шкода здоров'я людини, корозію та інші пошкодження матеріалів і конструкцій, зниження врожайності тощо.

В оцінці зовнішніх витрат багато залежить від припущення, які можуть істотно відрізнятися по всій країні. Зокрема, для країн ЄС, діапазон зовнішніх витрат виробництва електроенергії (євреї на кВт•год) для різних джерел енергії (за ec.europa.eu): вугілля - 2-15; масло - 3-11; газ - 1-4; ядерна енергія - 0,2-0.7; біомаса - 0-5; гідроенергетика - 0-1; сонячна (фотоелектрична) енергія - 0,6; вітр - 0-0.25.

Для Німеччини (найбільший виробник електроенергії в Європі з широким розвитком відновлюваних джерел енергії), зовнішні граничні (варіабельні) витрати виробництва електроенергії різними джерелами оцінюються за такими значеннями (європейці на кВт•год): вугілля - 0,75; газ - 0,35; ядерна енергія - 0,17; сонячна - 0,46; вітр - 0,08; гідроенергетика - 0,05.

Ми також бачимо, що відновлювана енергія несе в середньому значно менші витрати на суспільство, ніж отримання енергії з викопної сировини.

В той же час, ядерна влада не менш екологічно конкурентоспроможна, незважаючи на те, що через відомі катастрофи на атомних електростанціях в Чорнобилі та Фукушіма, її репутація в очах суспільства помітно підлягає.





Розробка відновлюваної енергії вимагає додаткового використання невідновлювальних ресурсів: сировини для добрив у випадку біоенергетики, металу для обладнання та будівельних конструкцій, викопного природного газу для виробництва водного палива, енергії з викопних джерел для експлуатації цих галузей.

Додаткові труднощі та проблеми, що виникають з того, що етапи життєвого циклу можуть поширюватися по країнах світу. Зокрема, початкові етапи, які обліковуються на об'єм зовнішніх витрат, такі як вирощування енергетичних культур або виробництво сонячних панелей, швидше за все, відбуваються за межами Європи і Північної Америки. Близько 60% всіх сонячних панелей світу виготовляються в Китаї.

Операційний етап, який у випадку відновлюваних джерел енергії для мінімальної частки витрат, пов'язаний з західними країнами - споживачами «зеленої» енергії, а також витратами кінцевого етапу - переробки, можуть також передаватися в інші регіони.

Іншими словами, у випадку відновлюваної енергії, є також ситуації, де основні переваги отримують деякі групи, а витрати набувають інші. Поширення переваг і витрат є важливим питанням, що вже має соціальний вимір.

Основна проблема полягає в тому, що розвиток відновлюваної енергії вимагає додаткового використання невідновлювальних ресурсів: сировини для добрив у разі біоенергетики, металу для обладнання та будівельних конструкцій, викопного природного газу для виробництва водневого палива, енергії з викопних джерел для роботи цих галузей. Відповідно, збільшення виробництва енергії за рахунок відновлюваної енергії буде вимагати збільшення споживання невідновлювальних ресурсів. Стан справ, в яких можна буде говорити про безумовний успіх і життєздатність відновлюваної енергії – створення повного циклу виробництва, де виробництво відновлюваної енергії забезпечується від відновлюваних джерел. Видання



Джерело: www.c-o-k.ru/articles/vie-i-pobochnye-ekologicheskie-effekty