05.06.2012 19:57
Осадчий Г.Б., инженер
В соответствии с принятой в последние годы в Мировой и российской практике концепцией устойчивого развития возрастает роль и экологической составляющей развития человеческого общества. Поскольку негативная тенденция во взаимоотношении общества с Природой берет верх, и износ природного капитала (природно-ресурсного потенциала зональных экосистем) приближается к критической отметке, то становится ясно, что проводимая ныне политика охраны природы уже не может быть признана достаточной. Во всю, проявляется «колдовская» неразрешимость экологической темы и беспомощность мирового сообщества выйти из экологического тупика, несмотря на все свои усилия.
Понимая, что сама по себе экологическая тема бездонна и не может иметь однозначного решения, тем не менее, есть убеждение, что выход из тупика следует искать внутри экономической сферы.
Истинные причины экологической болезни коренятся в основном в забвении нравственных начал в экономике. Нравственный закон лежит в основе всего мироздания, в том числе развития жизни на Земле. Нравственная общественная экономика всегда искала гармонии, а не конфликта с Природой. Однако в общественном экономическом сознании, особенно с периода так называемой «новой истории», утвердился, однобокий принцип примата производства. В связи с этим следует напомнить, что развитие общества, также как и духовное развитие человека, напоминает движение по лестнице, по которой можно идти вверх и вниз. Движение вниз вначале кажется легким, а вверх — тяжёлым. Но, пройдя несколько ступеней (для общества исторических) вверх и вниз, вы заметите, как всё меняется: каждая ступень, ведущая вниз, будет сопровождаться проблемами в здоровье и судьбе, а каждая ступень по пути вверх будет облегчать вашу жизнь.
Окружающий нас Мир, мир зональных экосистем — замкнутая самовоспроизводящаяся система. Это действительно живой природный капитал, все элементы которого находятся в гармоничном круговороте. Непосредственно он не нуждается в технократическом человеческом вмешательстве. Напротив, технократ-человек вне этого природного капитала жить не может.
Конечно, без потребления ресурсов окружающей среды невозможна никакая, в том числе хозяйственная, человеческая деятельность. В окружающей нас среде уже давно не существует отдельно взятой Биосферы и отдельно взятой Техносферы. Человек вторгся в жизненные циклы природных самоорганизующихся систем, что привело к созданию естественно-искусственных систем, с активным преобразующим человеческим участием.
Поскольку повышение качества жизни в подавляющем большинстве связано с использованием ресурсов окружающей среды, то на первое место выходит вопрос рационального комплексного использования потенциала Природы, на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем, с учетом продуктивности каждой зональной экосистемы.
«Нефтяной кризис» конца 70-х годов XX века способствовал появлению целого ряда энергосберегающих технологий. Появилась автомашина «Фольксваген Реббит» (кролик) с расходом топлива 3,5 л на 100 км, дизельные легковые машины, тройные оконные рамы, экономичные лампы освещения и т.п. В результате, потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в ведущих странах снизилось на 15 – 20 %.
Но этого явно недостаточно.
Главенствующая роль в реализации комплексного использования потенциала Природы должна перейти к энергетике возобновляемых источников энергии (ВИЭ), которая, за счет развития инновационной базы, призвана выполнить общественное решение Всемирного конгресса по проблемам экологии в Рио-де-Жанейро в 1992 г., где было сказано, что основной целью является: «Создание условий для устойчивого развития человеческого общества, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения людей, без лишения такой возможности будущих поколений».
В отдельности системы и комплексы энергетики ВИЭ должны быть самодостаточными на уровне высоких технологий.
В новых энергетических комплексах часть технологий может быть связана с использованием солнечной энергии, и её производных. А между собой они, в подавляющем большинстве своем, должны быть связаны таким образом, что конечный цикл одного из них становится началом другого цикла, благодаря чему достигается практически полная безотходность и интенсификация производства на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем.
По мнению экспертов ООН, именно такой подход, когда осуществляется схема подбора предприятий, работающих на одном виде сырья, а отходы и побочные продукты одного производства выступают в качестве сырья или полуфабрикатов для другого, может полностью решить проблему устойчивого развития общества.
В группах потребителей, например, теплой воды или тепла существуют любители разного уровня её температур: а) жаролюбивые и жаростойкие; б) теплолюбивые; в) любители умеренных температур; г) холодолюбивые; д) холодоустойчивые; е) требующие сохранения в зимний период. Это дает возможность использовать весь диапазон температуры воды — от самой высокой до самой низкой (по мере её снижения). У потребителей холода также существуют потребности, на его различные температурные значения.
Комплексный подход в производственной деятельности, когда «отходы», в том числе и тепловые, водные, газо-воздушные перерабатываются в технологической цепочке производства, минимально отражается на качестве окружающей среды, на продуктивности зональных экосистем.
Комплексный подход, это не что-то новое. В целом «эволюционные» и «революционные» изменения в энергетике взаимообусловлены, дополняют и нередко сменяют друг друга. Не исключаются и случаи возврата к «старым» техническим решениям на качественно новой технологической базе.
Сейчас часть мирового сообщества обеспокоенная выбросами СО2 усиленно пропагандирует использование биомассы. Мотивация — при сжигании биомассы действительно выделяется СО2, но он ранее был поглощен растениями из атмосферы. Поэтому биомасса считается нейтральной с точки зрения выбросов СО2 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. То же самое происходит и при культурном земледелии: Ежегодное удаление с полей не только урожая, но и соломы снижает плодородие почвы, её природно-ресурсный потенциал. Его приходится восстанавливать внесением искусственных удобрений, затраты энергии на производство которых превосходят количество энергии, получаемой от использования соломы в энергоустановках.
В состав инновационного, а по своей сути, экологического комплекса (комплексного использования) могут входить несколько генерирующих энергию участков (систем), а также различных производств, использующих произведенную энергию. Ведь энергия и средства её производства играют ведущую роль в развитии экономики и материального благосостояния общества, и повсюду в мире объем валового национального продукта, определяющий уровень жизни, пропорционален потреблению энергии в промышленных и коммунально-бытовых целях. По различным данным, на обеспечение нужд в энергии в развитых странах расходуется в целом от 50 до 70 % средств бюджета.
Предвестником наметившихся тенденций развития общества на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем можно считать то, что после 1985 г. большую роль в энергетической политике стали играть соображения безопасности окружающей среды.
Государственная и региональная политика в области охраны окружающей среды сегодня рядом государств направляется на инновационное сбалансированное решение социальных и эколого-экономических задач. На сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности [1].
К 2050 г. потребление энергии в мире может возрасти по сравнению с 2003 г. в 2 раза, что приведет к резкому росту нагрузки на биосферу.
Поэтому самым важным итогом попыток регионального развития энергетики ВИЭ в Западной Европе, а по своей сути стратегической структуризации сфер жизнедеятельности общества во взаимодействии техносферы с биосферой должно стать практическое подтверждение того, что негативную экологическую тенденцию можно переломить и направить деятельность промышленных предприятий и на развитие экологической деятельности.
В связи с этим обратимся к стратегической оценке энергетического объекта по ГОСТ Р 51750—2001 (рисунок 1), которая помимо производства чисто энергии для удовлетворения жизненных потребностей человека (с чем в РФ безусловно справляется сейчас традиционная энергетика) предусматривает при энергопотреблении, энергосбережении: производственных, экологических, социальных и ресурсных ограничений, одновременно учитываемая совокупность которых определяет состоятельность, устойчивость хозяйственно-экономической, организационно-политической, познавательно-образовательной и любой иной деятельности на стадии жизненного цикла энергетического объекта в настоящее время и в перспективе развития.
Рисунок 1 – Стратегическая структуризация сфер жизнедеятельности общества во взаимодействии техносферы с биосферой (Модель «HOMO-STRATEGIC» на основе ИСО 13600)
Как видно из рисунка 1 жизнедеятельность общества должна строиться не только на использовании первичных энергетических и материальных ресурсов, но и на переработке отходов и сбросов во вторичные ресурсы и использование их в производстве и при оказании услуг.
Утилизация вторичных ТЭР позволяет получить большую экономию топлива, существенно уменьшить капитальные затраты на создание соответствующих энергоустановок. При одинаковых эффектах затраты, направленные на улучшение использования энергоресурсов в 1,5 – 2 раза ниже затрат на добычу топлива. Ещё в 1985 году для ускорения научно-технического прогресса перед энергетикой была поставлена задача, чтобы на 75 – 80 % удовлетворять прирост потребления народным хозяйством топлива, сырья и материалов за счет их рационального использования [2].
Однако сегодня это часто игнорируется, особенно в России современной энергетикой, где задействованы огромные мощности и финансовые средства.
Деятельность многочисленных организаций топливно-энергетического комплекса (ТЭК) входит и в противоречие с Законом РФ «Об энергосбережении» предписывающего, обеспечение процессов производства, преобразования, транспортирования, хранения, использования, утилизации ТЭР таким образом, чтобы предотвращалось исчерпание ТЭР с учетом их разведанных запасов, рационализации способов добычи. Закон в своей основе требует снижения потерь первичных ТЭР, использования вторичных ТЭР, альтернативных топлив, и широкое вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых ТЭР.
Эти требования Закона продиктованы тем, что на долю российских предприятий ТЭК приходится 48 % выбросов вредных веществ в атмосферу, до 36 % загрязнений сточных вод и свыше 30 % вредных отходов [3].
В работе автора [1] по вопросу воздействия современной энергетической системы на биосферу и техносферу проведен обстоятельный анализ с использованием библиографических источников [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].
Сейчас мировое сообщество к самым негативным факторам воздействия ТЭК на биосферу относит: выбросы СО2 (ежегодно количество углекислого газа в атмосфере продолжает увеличиваться на 0,002 %), сжигание кислорода, снижение энергии фотосинтеза за счет загазованности воздуха. А также кислотные дожди, деградация лесов и земель, которые способствуют дальнейшему техногенному опустыниванию. В целом в мире глобальное сокращение лесов в 18 раз опережает их восстановление.
В связи с этим резко снизилась и продолжает снижаться первичная биопродуктивность (количество органических веществ, производимых в биосфере). Происходит глобальная деформация окружающей среды. Уменьшаются пахотные земли под выращивание продовольственных культур.
Сохранение этих тенденций представляет большую экологическую угрозу.
Кроме того, при использовании градирен (ТЭЦ, ТЭС) порочен сам принцип «охлаждения ради охлаждения», без какой либо пользы, без попыток заставить теплую воду работать и вывести её из категории «тупикового» продукта с «отрицательной» стоимостью (с учетом затрат на отвод тепла в атмосферу). Сегодня градирня — это постоянный источник питательной среды для бактерий и микроводорослей. Как отмечают экологи, при работе градирен рассеиваются патогенные бактерии и вирусы, что приводит к росту ряда заболеваний в районах, находящихся рядом с градирней.
Продолжает быстро уменьшаться доля ненарушенных территорий, а коэффициент антропогенного давления значительно возрастает.
Если же принимать в расчет, что непомерно мощные ГЭС, ТЭЦ, ТЭС вместе со своими электрическими сетями наносят, не ощущаемый визуально, колоссальный ущерб своими электромагнитными полями всей биосфере, то это накладывает на ТЭК, как ведущую отрасль страны ответственность перед обществом не только за наличие тепла и электроэнергии. Ведь самые важные потребности человека — пища, кислород, одежда, в известной части вода и жилище — как и тысячи лет тому назад, удовлетворяются в основном продуктами живой Природы. То, что теперь многие из этих продуктов мы получаем не из лесов и степей, а с полей и ферм, отражает не столько уменьшение зависимости от естественных биологических процессов, сколько перераспределение человеческого труда. Сельское хозяйство, лесопереработка, рыболовство, легкая, пищевая и микробиологическая промышленность базируются на биологических ресурсах биосферы. Нефть, газ и уголь, некоторые руды, природная почва, значительная часть строительных материалов — это тоже продукты экологических процессов, происходивших в геологическом прошлом Земли.
Интенсивное техногенное развитие человеческого общества привело к коренным изменениям в окружающей природной среде в глобальном масштабе: обмеление рек, появление пыльных бурь и наводнений, засухи.
Интенсивное развитие в ХІХ – ХХ веках промышленного производства потребовало организации добычи огромного количества сырья, создания значительного объема источников энергии, что привело к истощению запасов целого ряда ископаемых.
Одновременно с сырьевой, и энергетической проблемами возникла новая проблема — проблема загрязнения окружающей среды отходами промышленности, сельского хозяйства, транспорта, строительства и пр.
В.И. Вернадский на строгой научной основе еще в начале ХХ века сформулировал концептуальную модель биосферы (и её эволюции), включающую в себя три составляющих:
энергетический вход в виде солнечного излучения;
биологический круговорот веществ;
выход из биологического круговорота в геологические отложения — «область былых биосфер».
В качестве примера того, что сегодня ещё очень и очень далеко до модели В.И. Вернадского остановимся на следующих данных.
Сейчас сжигание углеводородного топлива остается источником 80 % всех загрязнений окружающей среды, вызванных человеческой деятельностью. Количество кислорода, необходимое человеку для дыхания в течение года, автомобиль «съедает» за 950 км пробега. Кроме того, например, на нефтепромыслах и при транспортировке теряется 28 % сырой нефти. При этом аварии нередко приобретают катастрофические масштабы.
Использование угля в качестве топлива в период развития промышленности сберегло леса от массовой вырубки. Широко известно, что для производства древесного угля для нужд металлургии, огромные площади девственных лесов превращались в «опенькованные» пустыни. Использование угля, продукта прошлых геологических периодов, выведенного из круговорота биосферы, вовлекло в неё дополнительные вещества. Уменьшилось также использование хвороста, кизяка, соломы для отопления, что в свою очередь, за счет их переработки микроорганизмами и дождевыми червями в гумус значительно уменьшило масштабы деградации почв и самих лесов.
После добычи ТЭР встает вопрос их рационального и эффективного использования. А это требует привлечения ряда новых материальных ресурсов, которые не всегда могут находиться в нужном (одном) месте. При этом оказывается, что для генерации энергии за счет сжигания углеводородного топлива требуется целый «букет» дополнительных, в том числе привозных ресурсов, соответствующих параметров (таблица 1).
Таблица 1 – Баланс материальных ресурсов при выработке электроэнергии
Как видно из таблицы 1 даже при наличии ТЭР не на каждой территории можно рационально и эффективно эксплуатировать ТЭС или ТЭЦ.
Надо учитывать также, что, например, только прямые энергетические затраты на перекачку газа с севера Тюменской области в европейскую часть страны составляют 10 % энергии, содержащейся в этом виде топлива [11]. Кроме того, огромные объемы энергии расходуются на сооружение трубопроводов с резервными трассами и компрессорных станций.
Главное в таком балансе, чтобы жестко зафиксировать «вход» и обосновать тождество между «входом» и «выходом» материальной массы по всем ресурсным субстратам и составляющим их компонентам. Очень важен тщательный учет движения и баланс воды, поскольку она, с одной стороны, является ресурсом универсальным, но все более дефицитным, а с другой — всеобщим важнейшим субстратом окружающей природной среды.
Далее в качестве примера, с учетом таблицы 1, рассмотрим инвентаризационный анализ технической эксплуатации энергогенерирующего предприятия (котельной, электростанции и т.д.) как важнейшей стадии его жизненного цикла на предмет экологической эффективности, по источнику [12].
И совсем иначе будет выглядеть инвентаризационный анализ технической эксплуатации энергогенерирующего предприятия использующего ВИЭ. Поскольку оно использует топливо в минимальном количестве и у него минимальное количество отходов и выбросов (таблица 2)
Таблица 2 – Составляющие вредных выбросов от различных энергоустановок
[г/(кВт∙ч) в эквиваленте СО2]
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 через все более суживающиеся отрезки времени изменять ПДК в сторону ужесточения, что, не практикуется [13].
Как наглядно видно повышение экологической безопасности энергогенерирующих предприятий в полном жизненном цикле требует уменьшения; не только отходов, но и входных материальных потоков, что с успехом может и должна решать энергетика ВИЭ.
В солнечной энергетике с термодинамическими циклами естественным путем реализуются комплексные подходы в производстве различных видов энергии, когда тепловые «отходы» перерабатываются в технологической цепочке производства холода, электроэнергии и при водоснабжении [1].
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.
Кроме этого в этот годовой экономический эффект должны включаться выгоды, связанные с пропорциональным уменьшением образования отходов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ) / Г.Б. Осадчий. Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. 572 с.
2 Харитонов В.В. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды / В.В. Харитонов, В.А. Голубев, В.М. Овчинников, В.Л. Лиходиевкий Минск: «Вышэйная школа», 1988. 280 с.
3 Муругов В.П. Расширение сферы использования энергии возобновляемых источников / В.П. Муругов, Н.Б. Пинов // Техника в сельском хозяйстве. 1996. № 2. С. 17 – 19.
4 Бабакова Т.А., Момотова А.П. 500 экологических задач / Т.А. Бабакова, А.П. Момотова. Петрозаводск: Карелия, 1991. 120 с.
5 Панфилов В.П. Экологические проблемы нетрадиционной энергетики / В.П. Панфилов, И.И. Усачев // Энергетик. 1996. № 10. С. 8 –11.
6 Журнал «ЭКОС». 1995. № 1 – 2. С. 20.
7 Десятов А. Распространенный водород для малой и средней энергетики / А. Десятов, В. Смоляров // Альтернативная энергетика. 2008. № 3. С. 17 – 21.
8 Минин Ю.М. Экологические проблемы эпохи научно-технической революции / Ю.М. Минин. Минск: Наука и техника, 1977. 230 с.
9 Косов А.А. Риск добровольный или вынужденный / А.А. Косов// Энергосбережение и энергетика в Омской области. 2005. № 3. С. 81 – 82.
10 Акимова Т.А. Экономический рост и утраты биосферы / Т.А. Акимова // Энергия Экономика Техника Экология. 2007. № 2– С. 49 – 55.
11 Алексеев В.В. Следуя логике живого … / В.В Алексеев //Природа. 1990. № 7. С.33 – 42.
12 Николайкин Н.И. Оценка экологической эффективности деятельности гражданской авиации на основе концепции жизненного цикла / Н.И. Николайкин, А.М. Матягина, Б.В. Зубков // Экология промышленного производства. 2003. № 1. С. 14 – 18.
13 Динамика эколого-экономических систем/ Под редакцией Л. М. Галкина – Новосибирск: Наука, 1981. 224 с.
Автор:Осадчий Геннадий Борисович, инженер, автор 140 изобретений СССР
Тел дом. (3812)60-50-84, моб. 8(962)0434819, E-mail: genboosad@mail.ru
Для писем: 644053, Омск-53, ул. Магистральная, 60, кв.17.
![Составляющие вредных выбросов от различных энергоустановок [г/(кВт∙ч) в эквиваленте СО2]](icons2/tabl2_50612.jpg "Составляющие вредных выбросов от различных энергоустановок [г/(кВт∙ч) в эквиваленте СО2]")
Средний iPhone "съедает" больше энергии, чем холодильник
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.