Воздействие производства электроэнергии на окружающую среду - Environmental impact of electricity generation

Электроэнергетические системы состоят из генерирующих станций различных источников энергии, сетей передачи и распределительных линий. Каждый из этих компонентов может оказывать воздействие на окружающую среду на нескольких этапах их разработки и использования, в том числе при их строительстве, во время производство электроэнергии, а также при их снятии с эксплуатации и утилизации. Мы можем разделить эти воздействия на производственные воздействия (источники топлива, глобальное атмосферное и локальное загрязнение) и воздействия строительства (производство, установка, вывод из эксплуатации и утилизация). Эта страница посвящена исключительно оперативному воздействие производства электроэнергии на окружающую среду. Страница организована по источникам энергии и включает такие воздействия, как использование воды, выбросы, местное загрязнение и перемещение диких животных.

Более подробную информацию о воздействии на производство электроэнергии для конкретных технологий и о других воздействиях на окружающую среду электроэнергетических систем в целом можно найти в разделе Категория: Воздействие энергетики на окружающую среду.

Использование воды

Использование воды - одно из наиболее очевидных экологических последствий производства электроэнергии. Во всех тепловых циклах (уголь, природный газ, атомная энергия, геотермальная энергия и биомасса) вода используется в качестве охлаждающей жидкости для приведения в действие термодинамические циклы которые позволяют извлекать электричество из тепловой энергии. Другие источники энергии, такие как ветер и солнце, используют воду для очистки оборудования, в то время как гидроэлектроэнергия использует воду за счет испарения из резервуаров. Количество потребляемой воды часто вызывает серьезную озабоченность для систем производства электроэнергии, поскольку население увеличивается, а засуха становится проблемой. Кроме того, изменения в водных ресурсах могут повлиять на надежность производства электроэнергии.[1] Энергетический сектор в США забирает больше воды, чем любой другой сектор, и сильно зависит от имеющихся водных ресурсов. Согласно Геологическая служба США, в 2005 г. забор воды для выработки тепловой электроэнергии составлял 41 процент (201 бгалр / сутки) от всего забора пресной воды. Почти вся вода, забираемая для производства термоэлектрической энергии, была поверхностной водой, используемой для прямоточного охлаждения на электростанциях. Вывод средств на орошение водоснабжение в 2005 г. составило 37% и 13% от всего забора пресной воды соответственно.[2] Здесь рассматриваются вероятные будущие тенденции потребления воды.[3]

При обсуждении использования воды для производства электроэнергии проводится различие между водозабором и водопотреблением.[1] Согласно USGS, «изъятие» определяется как количество воды, удаленной из земли или отведенной из источника воды для использования, в то время как «потребление» относится к количеству воды, которая испаряется, выделяется, включается в продукты или культуры или иным образом удаляется из непосредственная водная среда.[2] Как забор, так и потребление воды являются важными факторами воздействия на окружающую среду, которые необходимо оценить.

Общие показатели использования пресной воды из различных источников энергии показаны ниже.

 Потребление воды (галлон / МВт-ч)
Источник питанияНизкий корпусСредний / средний случайВысокий случай
Атомная энергия100 (прямоточное охлаждение)270 прямоточных, 650 (вышка и пруд)845 (градирня)
Уголь58 [4]5001100 (градирня, стандартное сжигание)
Натуральный газ100 (однократный цикл)800 (паровой цикл, градирни)1170 (паровой цикл с градирнями)
Гидроэлектроэнергия1,4304,49118,000
Солнечная тепловая энергия53 (сухое охлаждение)[5]800[5]1060 (желоб)[5]
Геотермальный1,8004,000
Биомасса300480
Солнечная фотоэлектрический02633
Сила ветра0[1]0[1]1[1]

Паровые установки (атомные, угольные, газовые, солнечные) требуют большого количества воды для охлаждения, отвода тепла в конденсаторах пара. Количество воды, необходимое относительно производительности установки, будет уменьшаться с увеличением котел температуры. Котлы, работающие на угле и газе, могут производить пар с высокой температурой, поэтому они более эффективны и требуют меньше охлаждающей воды по сравнению с выходной мощностью. Ядерные котлы ограничены по температуре пара из-за материальных ограничений, а солнечные - из-за концентрации источника энергии.

Установки с тепловым циклом возле океана могут использовать морская вода. На таком участке не будет градирен, и он будет гораздо меньше ограничен экологическими проблемами, связанными с температурой нагнетания, поскольку сброс тепла будет иметь очень небольшое влияние на температуру воды. Это также не приведет к истощению воды, доступной для других целей. Атомная энергетика в Японии например, вообще не использует градирен, потому что все предприятия расположены на побережье. Если используются системы сухого охлаждения, значительное количество воды из грунтовых вод не используется. Существуют и другие, более новаторские решения для охлаждения, такие как охлаждение сточных вод на заводе. Атомная электростанция Пало Верде.

Основная причина использования воды гидроэлектростанциями - это как испарение, так и просачивание в грунтовые воды.

Справка: Институт ядерной энергии информационный бюллетень[мертвая ссылка ] с использованием данных EPRI и других источников.

Цепочка добавленной стоимости в электроэнергетике (включая газ и жидкое топливо) - потребление воды,[6] LCA интенсивность излучения & коэффициент мощности
Сырье / топливо / ресурсПроизводство сырья
Л / МВт · ч
[L / GJ]		Ферментация / обработка /очистка
Л / МВт · ч
[L / GJ]		Производство электроэнергии с участием замкнутый цикл охлажденияОбщее потребление воды
Л / МВт · ч[6]		CO2 -eq
кг / МВт · че
ТАК2
кг / МВт · ч
НетИкс
кг / МВт · ч
ЧАС2S
кг / МВт · ч
Твердые частицы
кг / МВт · ч
Компакт диск
мг / МВт · ч
Hg
мг / МВт · ч
Несчастные случаи на месте
смертей / ТВ · год
Коэффициент средней мощности
%
Традиционное масло10.8–25.2
[3–7]		90–234
[25–65]		1,200~1,300.8–1,459.2893[7]814[8]43.3[9]9[10]60~[11]
Повышение нефтеотдачи180-32,400
[50-9,000]		90–234
[25–65]		1,200~1,470–33,834893[7]814[8]43.3[9]9[10]60~[11]
Нефтеносные пески252-6,480*
[70-1,800*]		90–234
[25–65]		1,200~1,542–7,914893[7]814[8]43.3[9]9[10]60~[11]
Биотопливо:
кукуруза		32,400–360,000
[9,000–100,000]		169.2–180
Этиловый спирт:[47-50]		1,200~33,769.2–361,380893~[7]814~[8]9~[10]52~[7]
Биотопливо:
соя		180,000–972,000
[50,000–270,000]		50.4
Биодизель:[14]		1,200~181,250.4–973,250.4893~[7]814~[8]9~[10]52~[7]
Уголь20–270
[5–70]		504–792
-в жидкости: [140-220]		200-2,000[4]Переход от угля к жидкостям: N.C.
220-2,270		А: 863–941
Br: 1175[12]		4.71[8]1.95[8]0[8]1.01[8]В: 3,1-
L: 6,2[9]		14-
61[10][13]		342[14]70–90[11]
Традиционный газМинимальный25.2
[7]		700725.2577: cc[12]
(491–655)		550[8]0.2[9]0.1-
0.6[13]		85[14]60~[11]
Натуральный газ:
сланцевый газ		129.6–194.4
[36–54]		25.2
[7]		700854.8–919.6751: oc[12]
(627–891)		550[8]0.2[9]0.1-
0.6[13]		85[14]60~[11]
U ядерный170–570См .: Сырье2,7002,870–3,27060–65 (10–130)[12]0.5[9]8[14]86.8[15]-92[11]
Гидроэлектростанции17,000: Evap.Avg17,00015[12]0.03[9]883[14]42[7]
Геотермальная энергияСвежие: 0–20[8]
5,300		Свежие: 0–20[8]
5,300		ТL0–1[7]
ТЧАС91–122		0.16[8]0[8]0.08[8]0[8]73-90+[7]
Конц. солнечный2,800–3,5002,800–3,50040±15#56.2–72.9[16]
ФотогальваникаМинимальныйМинимальный106[12]0.3–0.9[9]14[7]-19[17]
Сила ветраМинимальныйМинимальный21[12]271[18]21[7]-40[17][19]
Приливная силаМинимальный55,917.68[20]26.3[20]0.0622[20]0.159[20]0.032[20]46[20]
Сырье / топливо / ресурсПроизводство сырья
Л / МВт · ч
[L / GJ]		Ферментация / переработка / рафинирование
Л / МВт · ч
[L / GJ]		Производство электроэнергии с замкнутым контуром охлаждения Д / МВт · чОбщее потребление воды
Л / МВт · ч[6]		CO2-eq
кг / МВт · че		ТАК2
кг / МВт · ч		НетИкс
кг / МВт · ч		ЧАС2S
кг / МВт · ч		Твердые частицы
кг / МВт · ч		Компакт диск
мг / МВт · ч		Hg
мг / МВт · ч		Несчастные случаи со смертельным исходом на месте
смертей / ТВ · год		Коэффициент средней мощности
%

Источник (и): Адаптировано из Министерства энергетики США, Потребление энергии в водных ресурсах. Отчет Конгрессу о взаимозависимости энергетики и воды, декабрь 2006 г. (за исключением случаев, когда это указано).
* Оценка Cambridge Energy Research Associates (CERA). # Образованная оценка.
Требования к воде для существующих и новых технологий термоэлектрических станций. Министерство энергетики США, Национальная лаборатория энергетических технологий, август 2008 г.
Примечание (и): 3,6 ГДж = гигаджоуль (с) == 1 МВт · ч = мегаватт-час (с), таким образом, 1 л / ГДж = 3,6 л / МВт · час. B = черный уголь (сверхкритический) - (новый подкритический), Br = бурый уголь (новый подкритический), H = каменный уголь, L = лигнит, cc = комбинированный цикл, oc = открытый цикл, TL = низкотемпературный / замкнутый (геотермальный дублет), ТЧАС = высокотемпературный / открытый контур.

Ископаемое топливо

Основная статья: Ископаемое топливо
Смотрите также: Воздействие сланцевой промышленности на окружающую среду

Большая часть электроэнергии сегодня вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива и производства пар который затем используется для управления паровая турбина что, в свою очередь, приводит к электрический генератор.

Такие системы позволяют производить электричество там, где это необходимо, поскольку ископаемое топливо можно легко транспортировать. Они также пользуются преимуществами крупной инфраструктуры, предназначенной для поддержки потребителей автомобили. Мировые запасы ископаемого топлива велики, но ограничены. Исчерпание дешевых ископаемых видов топлива будет иметь серьезные последствия для источников энергии, а также для производства пластмассы и многое другое. Были рассчитаны различные оценки того, когда именно он будет исчерпан (см. Пик добычи нефти ). Новые источники ископаемого топлива продолжают открываться, хотя скорость открытия замедляется, а сложность добычи одновременно возрастает.

Более серьезными являются опасения по поводу выбросов в результате сжигание ископаемого топлива. Ископаемые виды топлива составляют значительную кладовую углерод похоронен глубоко под землей. Их сжигание приводит к превращению этого углерода в углекислый газ, который затем выбрасывается в атмосферу. Предполагаемый объем выбросов CO2 мировой электроэнергетикой составляет 10 миллиардов тонн в год.[21] Это приводит к увеличению уровня углекислого газа в атмосфере Земли, что увеличивает парниковый эффект и способствует глобальное потепление. Связь между повышением содержания углекислого газа и глобальным потеплением общепризнана, хотя производители ископаемого топлива решительно оспаривают эти выводы.

В зависимости от конкретного ископаемого топлива и метода сжигания могут возникать и другие выбросы. Озон, диоксид серы, Нет2 и другие газы часто выделяются, а также твердые частицы.[22] Оксиды серы и азота способствуют смог и кислотный дождь. В прошлом владельцы заводов решали эту проблему, строя очень высокие дымовые трубы, так что загрязняющие вещества будут разбавлены в атмосфере. Хотя это помогает уменьшить локальное загрязнение, это совсем не помогает в решении глобальных проблем.

Ископаемое топливо, особенно уголь, также содержат разбавленный радиоактивный материала, и при сжигании их в очень больших количествах этот материал попадает в окружающую среду, что приводит к низким уровням локальных и глобальных радиоактивное загрязнение, уровни которых, по иронии судьбы, выше, чем атомная электростанция поскольку их радиоактивные загрязнители контролируются и хранятся.

Уголь также содержит следы токсичных тяжелых элементов, таких как Меркурий, мышьяк и другие. Ртуть испарилась на электростанции. котел могут оставаться взвешенными в атмосфере и циркулировать по всему миру. Несмотря на то, что в окружающей среде имеется значительный запас ртути, по мере того, как другие антропогенные выбросы ртути становятся более контролируемыми, выбросы электростанций составляют значительную долю оставшихся выбросов. Выбросы ртути на электростанциях в США оцениваются примерно в 50 тонн в год в 2003 году и несколько сотен тонн в год в США. Китай. Разработчики электростанций могут установить оборудование на электростанции для снижения выбросов.

Согласно Environment Canada:

«Сектор электроэнергетики является уникальным среди промышленных секторов тем, что вносит очень большой вклад в выбросы, связанные почти со всеми проблемами, связанными с атмосферой. Производство электроэнергии является источником значительной доли канадских выбросов оксидов азота и диоксида серы, которые способствуют образованию смога и кислотных дождей и образованию мелких твердые частицы. Это крупнейший неконтролируемый промышленный источник выбросов ртути в Канаде. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, также выделяют углекислый газ, который может способствовать изменению климата. Кроме того, этот сектор оказывает значительное воздействие на воду, среду обитания и биологические виды. В частности, плотины гидроэлектростанций и линии электропередач оказывают значительное влияние на воду и биоразнообразие ».[23]

Практика добычи угля в Соединенных Штатах также включает открытая добыча и удаление горных вершин. Хвосты заводов остаются оголенными и выщелачиваются в местные реки, в результате чего большинство или все реки в угледобывающих районах круглый год краснеют от серной кислоты, которая убивает все живое в реках.

Эффективность некоторых из этих систем можно повысить за счет когенерации и геотермальной (комбинированное производство тепла и электроэнергии ) методы. Технологический пар можно получать из паровых турбин. Отработанное тепло произведено тепловой генерирующие станции можно использовать для обогрева помещений близлежащих зданий. Комбинируя производство электроэнергии и обогрев, расходуется меньше топлива, тем самым уменьшая воздействие на окружающую среду по сравнению с раздельными системами тепла и электроэнергии.

Переход с топлива на электричество

Электромобили не сжигают бензин, тем самым перекладывая любое воздействие на окружающую среду с пользователя автомобиля на электрическую сеть. В Южная Африка электрическая автомобиль, будет работать на угле, вырабатываемом электричеством и нанесет вред окружающей среде. В Норвегия электрическая машина будет работать от гидроэлектроэнергии и будет безвредной. Электромобили сами по себе не являются ни полезными, ни вредными, это зависит от того, как в вашем регионе вырабатывается электричество.

Домовладельцы могут получить 90% эффективности, используя природный газ для обогрева своего дома. Тепловые насосы очень эффективны и не сжигают природный газ, перекладывая воздействие на окружающую среду с домовладельцев на электроэнергетические компании. При переходе с природного газа на электричество в провинции Альберта, Канада, природный газ и уголь сжигаются с КПД около 40% для снабжения теплового насоса. В Квебеке, Канада, где электрическое сопротивление является обычным явлением, тепловой насос потребляет на 70% меньше электроэнергии. Тепловые насосы могут быть полезны для окружающей среды или нет, это зависит от того, как в вашем регионе вырабатывается электричество.

Атомная энергия

В Атомная электростанция Онагава - установка, которая охлаждается за счет прямого использования океанской воды и не требует градирни
Основная статья: Воздействие ядерной энергетики на окружающую среду
Смотрите также: Обсуждение ядерной энергетики

Атомные электростанции не сжигают ископаемое топливо и, следовательно, не выделяют диоксид углерода напрямую; из-за высокой выработки энергии ядерного топлива количество углекислого газа, выделяемого при добыче, обогащении, производстве и транспортировке топлива, невелико по сравнению с углекислым газом, выделяемым ископаемым топливом с аналогичным выходом энергии.

Большая атомная электростанция может сбрасывать отработанное тепло в естественный водоем; это может привести к нежелательному повышению температуры воды, что отрицательно скажется на водных организмах.

Эмиссия радиоактивности с атомной станции регулируется нормативными актами. Ненормальная работа может привести к выбросу радиоактивного материала в масштабах от незначительного до тяжелого, хотя такие сценарии очень редки.

Добыча урановой руды может нарушить окружающую среду вокруг шахты. Утилизация отработавшего топлива вызывает споры, и многие предлагаемые схемы долгосрочного хранения подвергаются интенсивному анализу и критике. Перенаправление свежего или отработавшего топлива на производство оружия представляет опасность распространение ядерного оружия. Наконец, сама конструкция реактора становится радиоактивной, и ей потребуются десятилетия хранения, прежде чем ее можно будет экономично демонтировать и, в свою очередь, утилизировать как отходы.

Возобновляемая энергия

Технологии использования возобновляемых источников энергии могут иметь значительные экологические преимущества. в отличие уголь и натуральный газ, они могут вырабатывать электроэнергию и топливо без выброса значительных количеств CO2 и других парниковых газов, которые способствуют изменению климата, однако экономия парниковых газов за счет ряда биотопливо оказались намного меньше, чем предполагалось изначально, как описано в статье Косвенное воздействие биотоплива на изменение землепользования.

И солнце, и ветер подвергались критике с эстетической точки зрения.[24] Однако существуют методы и возможности для эффективного и ненавязчивого развертывания этих возобновляемых технологий: стационарные солнечные коллекторы могут использоваться как шумовые барьеры вдоль автомагистралей, а также в наличии обширная проезжая часть, парковка и территория на крыше; аморфные фотоэлектрические элементы также может использоваться для тонирования окон и выработки энергии.[25] Защитники Возобновляемая энергия также утверждают, что нынешняя инфраструктура менее эстетична, чем альтернативы, но расположена дальше от точки зрения большинства критиков.[26]

Гидроэлектроэнергия

Основная статья: Гидроэнергетика § Преимущества_и_ недостатки

Главное преимущество обычных гидроэлектростанция плотины с участием резервуары это их способность сохранять потенциальную мощность для последующего производства электроэнергии. Сочетание естественного предложения энергии и производства по запросу сделало гидроэнергетику самым крупным источником возобновляемой энергии. Другие преимущества включают более длительный срок службы, чем генерация, работающая на топливе, низкие эксплуатационные расходы и предоставление оборудования для водных видов спорта. Некоторые плотины также работают как гидроаккумуляторы, уравновешивая спрос и предложение в системе генерации. В целом, гидроэлектроэнергия может быть дешевле, чем электричество, произведенное из ископаемого топлива или ядерной энергии, а районы с изобилием гидроэлектроэнергии привлекают промышленность.

Однако, помимо перечисленных выше преимуществ, у плотин есть несколько недостатков, которые создают большие водоемы. К ним могут относиться: перемещение людей, проживающих там, где запланированы водохранилища, выпуск значительное количество углекислого газа при строительстве и затоплении водохранилища, нарушении водных экосистем и жизнедеятельности птиц, неблагоприятном воздействии на речную среду, потенциальных рисках саботажа и терроризма, а в редких случаях - катастрофическом разрушении стены плотины.

Некоторые плотины только вырабатывают электроэнергию и не служат никакой другой цели, но во многих местах большие водохранилища необходимы для борьбы с наводнениями и / или ирригации, добавление гидроэлектростанции является обычным способом оплаты нового водохранилища. Борьба с наводнениями защищает жизнь / имущество, а орошение поддерживает рост сельского хозяйства. Без силовых турбин окружающая среда в нижнем течении реки улучшится по нескольким причинам, однако проблемы с плотиной и водохранилищем останутся неизменными.

Малая гидро и русло реки две альтернативы гидроэлектростанциям с низким уровнем воздействия, хотя они могут производить прерывистая мощность из-за нехватки воды.

Приливный

Дальнейшая информация: Приливная сила § Экологические проблемы
Приливные турбины

Сужения суши, такие как проливы или заливы, могут создавать высокие скорости на определенных участках, которые могут быть зафиксированы с помощью турбин. Эти турбины могут быть горизонтальными, вертикальными, открытыми или канальными и обычно размещаются около дна водяного столба.

Основная экологическая проблема, связанная с приливной энергией, связана с ударами лезвия и запутыванием морских организмов, поскольку вода с высокой скоростью увеличивает риск проталкивания организмов рядом или через эти устройства. Как и в случае со всеми возобновляемыми источниками энергии в открытом море, существует также озабоченность по поводу того, как создание ЭМП и акустических сигналов может повлиять на морские организмы. Поскольку эти устройства находятся в воде, их акустическая мощность может быть больше, чем создаваемая с помощью энергии ветра в море. В зависимости от частоты и амплитуды звука, генерируемого приборами приливной энергии, этот акустический выход может оказывать различное воздействие на морских млекопитающих (особенно тех, которые используют эхолокацию для общения и навигации в морской среде, таких как дельфины и киты). Удаление приливной энергии также может вызвать экологические проблемы, такие как ухудшение качества воды в дальней зоне и нарушение осадок процессы. В зависимости от масштабов проекта эти эффекты могут варьироваться от небольших следов отложений около приливного устройства до серьезного воздействия на прибрежные экосистемы и процессы.[27]

Приливная плотина

Приливные заграждения представляют собой плотины, построенные напротив входа в залив или устье, которые улавливают потенциальную приливную энергию с помощью турбин, подобных обычной гидрокинетической плотине. Энергия собирается, когда разница высот по обе стороны плотины наибольшая, во время отлива или отлива. Для обоснования строительства требуется минимальное отклонение высоты в 5 метров, поэтому только 40 мест по всему миру были определены как возможные.

Установка плотины может изменить береговую линию в заливе или устье, влияя на большую экосистему, которая зависит от приливных отмелей. Ограничение потока воды в залив и из него, также может быть меньше смыва залива или устья, вызывая дополнительное помутнение (взвешенные твердые частицы) и меньшее количество соленой воды, что может привести к гибели рыб, которые действуют как жизненно важный источник пищи. птицам и млекопитающим. Мигрирующая рыба также может быть не в состоянии получить доступ к размножающимся потокам и может пытаться пройти через турбины. Те же акустические проблемы применимы к приливным заграждениям. Уменьшение доступности судоходства может стать социально-экономической проблемой, хотя могут быть добавлены замки, чтобы обеспечить медленный проход. Однако заграждение может улучшить местную экономику за счет увеличения доступа к земле в качестве моста. Более спокойная вода также может улучшить отдых в заливе или устье реки.[27]

Биомасса

Дальнейшая информация: Биомасса § Воздействие на окружающую среду

Электроэнергия может быть произведена путем сжигания всего, что воспламеняется. Некоторая электрическая энергия вырабатывается при сжигании культур, выращенных специально для этой цели. Обычно это делается путем ферментации растительного вещества для получения этиловый спирт, который затем сжигается. Это также можно сделать, позволив органическому веществу разложиться, производя биогаз, который затем сжигается. Кроме того, при сжигании древесина является формой топлива из биомассы.

Сжигание биомассы производит многие из тех же выбросов, что и сжигание ископаемого топлива. Однако растущая биомасса улавливает углекислый газ из воздуха, поэтому чистый вклад в глобальные уровни двуокиси углерода в атмосфере невелик.

Процесс выращивания биомассы связан с теми же экологическими проблемами, что и любой вид сельское хозяйство. Он использует большой участок земли, и удобрения и пестициды может быть необходимо для рентабельного роста. Биомасса, производимая в качестве побочного продукта сельского хозяйства, имеет определенные перспективы, но большая часть такой биомассы в настоящее время используется для вспашки в почву в качестве удобрения, если ничего другого.

Сила ветра

Основная статья: Воздействие энергии ветра на окружающую среду

Береговой ветер

Энергия ветра использует механическую энергию из постоянного потока воздуха над поверхностью земли. Ветровые электростанции обычно состоят из ветряные электростанции, поля Ветряные турбины в местах с относительно сильным ветром. Основной проблемой для рекламы ветряных турбин являются их более старые предшественники, такие как Ветряная электростанция на перевале Альтамонт В Калифорнии. Эти старые, меньшие по размеру ветряные турбины довольно шумны и расположены густо, что делает их очень непривлекательными для местного населения. Сторона турбины с подветренной стороны действительно препятствует возникновению местных ветров небольшой высоты. Современные большие ветряные турбины смягчили эти проблемы и стали коммерчески важным источником энергии. Многие домовладельцы в районах с сильными ветрами и дорогим электричеством устанавливают небольшие ветряные турбины, чтобы сократить свои счета за электричество.

Современная ветряная электростанция, установленная на сельскохозяйственных угодьях, оказывает одно из самых низких воздействий на окружающую среду среди всех источников энергии:[28]

  • Она занимает меньшую площадь земли на киловатт-час (кВтч) вырабатываемой электроэнергии, чем любая другая система преобразования возобновляемой энергии, и совместима с выпасом и выращиванием сельскохозяйственных культур.
  • Он вырабатывает энергию, используемую при строительстве, всего за несколько месяцев работы.
  • Выбросы парниковых газов и загрязнение воздуха в результате его строительства невелики и сокращаются. Его работа не вызывает выбросов или загрязнения окружающей среды.
  • Современные ветряные турбины вращаются настолько медленно (в количестве оборотов в минуту), что редко представляют опасность для птиц.[28]

Проблемы ландшафта и наследия могут быть серьезной проблемой для некоторых ветряных электростанций. Однако при соблюдении соответствующих процедур планирования риски для наследия и ландшафта должны быть минимальными. Некоторые люди могут по-прежнему возражать против ветряных электростанций, возможно, из соображений эстетики, но все еще существует поддерживающее мнение более широкого сообщества и необходимость устранения угроз, связанных с изменением климата.[29]

Морской ветер

Морской ветер аналогичен наземным ветровым технологиям, поскольку мельница -подобная турбина, расположенная в пресной или морской среде. Ветер заставляет лопасти вращаться, что затем превращается в электричество и подключен к сети кабелями. Преимущества морского ветра заключаются в том, что ветер более сильный и постоянный, что позволяет устанавливать на судах турбины гораздо большего размера. Недостатки - трудности размещения конструкции в динамичной океанской среде.[27]

Турбины часто представляют собой увеличенные версии существующих наземных технологий. Тем не менее, эти фундаменты уникальны для морских ветров и перечислены ниже:

Монопольный фундамент

Моноблочные фундаменты используются на небольших глубинах (0–30 м) и состоят из сваи, забиваемой на разную глубину в морское дно (10–40 м) в зависимости от почвенных условий. Процесс забивки свай представляет собой проблему для окружающей среды, поскольку производимый шум невероятно громкий и распространяется далеко в воде, даже после таких мер по смягчению, как защита от пузырей, медленный запуск и акустическое покрытие. След относительно невелик, но все же может стать причиной размыва или создания искусственных рифов.Линии передачи также создают электромагнитное поле, которое может быть вредным для некоторых морских организмов.[27]

Фиксированное дно штатива

Фундаменты с фиксированным дном на треноге используются на переходных глубинах (20–80 м) и состоят из трех опор, соединенных с центральным валом, поддерживающим основание турбины. Каждая опора имеет сваю, забитую на морское дно, хотя требуется меньшая глубина из-за широкого основания. Воздействие на окружающую среду представляет собой комбинацию воздействия на монопольный и гравитационный фундамент.[27]

Гравитационный фундамент

Гравитационные фундаменты используются на малых глубинах (0–30 м) и состоят из большого и тяжелого основания, сделанного из стали или бетона, для опоры на морское дно. След относительно велик и может вызвать размыв, создание искусственных рифов или физическое разрушение среды обитания при интродукции. Линии передачи также создают электромагнитное поле, которое может быть вредным для некоторых морских организмов.[27]

Гравитационный штатив

Фундаменты с гравитационной треногой используются на переходных глубинах (10–40 м) и состоят из двух тяжелых бетонных конструкций, соединенных тремя опорами, одна из которых находится на морском дне, а другая - над водой. По состоянию на 2013 год ни один морской ветропарк не использует этот фундамент. Экологические проблемы идентичны проблемам гравитационного фундамента, хотя эффект размыва может быть менее значительным в зависимости от конструкции.[27]

Плавающая конструкция

Фундаменты плавучих конструкций используются на больших глубинах (40–900 м) и состоят из сбалансированной плавучей конструкции, пришвартованной к морскому дну с помощью фиксированных тросов. Плавучее сооружение может быть стабилизировано с помощью плавучести, швартовных тросов или балласта. Тросы для швартовки могут вызвать незначительный размыв или вероятность столкновения. Линии передачи также создают электромагнитное поле, которое может быть вредным для некоторых морских организмов.[27]

Экологическое воздействие ветровой энергии

Одной из серьезных экологических проблем ветряных турбин является их воздействие на дикую природу. Ветряные турбины и связанная с ними инфраструктура - особенно линии электропередач и башни - относятся к числу наиболее быстро растущих угроз для птиц и летучих мышей в США и Канаде. Гибель птиц и летучих мышей часто происходит, когда животные сталкиваются с лопастями турбины.[30] Они также страдают от столкновений и поражений электрическим током с линиями электропередачи. Даже несмотря на то, что размещение ветряных электростанций тщательно проверяется перед строительством, они могут быть причиной потери среды обитания.

Также существует озабоченность по поводу того, как энергия ветра влияет на погоду и изменение климата. Хотя энергия ветра могла бы иметь наименьший вклад в изменение климата по сравнению с другими генераторами электроэнергии, ей все же есть место для улучшения. Ветровые турбины могут влиять на погоду в непосредственной близости от них, влияя на температуру и количество осадков.[31] Есть также исследования, предполагающие, что крупные ветряные электростанции могут повышать температуру. Использование ветряных турбин для удовлетворения 10 процентов мирового спроса на энергию в 2100 году может вызвать повышение температуры на один градус Цельсия в регионах на суше, где установлены ветряные электростанции, включая меньшее увеличение в районах за пределами этих регионов.[32]

Геотермальная энергия

Основная статья: Геотермальная энергия

Геотермальная энергия - это тепло Земли, которое можно использовать для производства электроэнергии на электростанциях. Теплая вода, полученная из геотермальных источников, может использоваться для промышленности, сельского хозяйства, купания и очистки. Там, где можно использовать подземные источники пара, пар используется для запуска паровой турбины. Источники геотермального пара имеют ограниченный срок службы, поскольку подземные воды истощены. Устройства, которые обеспечивают циркуляцию поверхностных вод через горные породы для производства горячей воды или пара, являются возобновляемыми с точки зрения человека.

Хотя геотермальная электростанция не сжигает топливо, она все равно будет иметь выбросы из-за других веществ, кроме пара, которые поступают из геотермальных скважин. Они могут включать сероводород, и диоксид углерода. Некоторые источники геотермального пара уносят нерастворимые минералы, которые необходимо удалить из пара перед его использованием для генерации; этот материал необходимо правильно утилизировать. Любая (замкнутый цикл) паросиловая установка требует охлаждающей воды для конденсаторы; отвод охлаждающей воды из естественных источников и повышение ее температуры при возврате в ручьи или озера могут оказать значительное влияние на местные экосистемы.

Удаление грунтовых вод и ускоренное охлаждение горных пород может вызвать подземные толчки. Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) разрушают подземную породу для производства большего количества пара; такие проекты могут вызвать землетрясения. Некоторые геотермальные проекты (например, проект около Базеля, Швейцария, в 2006 году) были приостановлены или отменены из-за нежелательной сейсмичности, вызванной восстановлением геотермальной энергии.[33] Однако риски, связанные с «сейсмичностью, вызванной гидроразрывом пласта, невелики по сравнению с сейсмичностью природных землетрясений, и могут быть снижены путем тщательного управления и мониторинга», и «не должны рассматриваться как препятствие для дальнейшего развития геотермальных энергетических ресурсов Hot Rock».[34]

Солнечная энергия

Основная статья: Солнечная энергия

В настоящее время солнечная фотоэлектрическая энергия используется в основном в Германии и Испании, где правительства предлагают финансовые стимулы. В США штат Вашингтон также предоставляет финансовые стимулы. Фотоэлектрическая энергия также более распространена, как и следовало ожидать, в областях, где много солнечного света.

Он работает путем преобразования солнечного излучения в мощность постоянного тока (DC) с помощью фотоэлектрический клетки. Затем эту мощность можно преобразовать в более распространенную мощность переменного тока и подать на Энергосистема.

Солнечная фотоэлектрическая энергия предлагает жизнеспособную альтернативу ископаемому топливу благодаря своей чистоте и энергоснабжению, хотя и при высокой стоимости производства. Ожидается, что будущие технологические усовершенствования снизят эту стоимость до более конкурентоспособного диапазона.

Его негативное воздействие на окружающую среду заключается в создании солнечных элементов, которые в основном состоят из кремнезем (из песка) и извлечение кремния из диоксида кремния может потребовать использования ископаемого топлива, хотя новые производственные процессы позволили исключить CO2 производство. Солнечная энергия несет в себе первоначальные затраты на окружающую среду за счет производства, но обеспечивает экологически чистую энергию на протяжении всего срока службы солнечных элементов.

Для крупномасштабного производства электроэнергии с использованием фотоэлектрической энергии требуется большой участок земли из-за низкой удельная мощность фотоэлектрической энергии. Использование земли может быть сокращено путем установки на зданиях и других застроенных территориях, хотя это снижает эффективность.

Концентрированная солнечная энергия

Основная статья: Концентрированная солнечная энергия

Также известен как солнечная тепловая энергия, в этой технологии используются различные типы зеркал, которые концентрируют солнечный свет и выделяют тепло. Это тепло используется для выработки электроэнергии в стандартных Цикл Ренкина турбина. Как и в большинстве случаев производства термоэлектрической энергии, он потребляет воду. Это может быть проблемой, поскольку солнечные электростанции чаще всего располагаются в пустынной среде из-за необходимости солнечного света и большого количества земли. Многие концентрированные солнечные системы также используют экзотические жидкости для поглощения и сбора тепла при низком давлении. Эти жидкости могут быть опасны при проливании.[35]

Мощность негаватта

Основная статья: Мощность негаватта

Негаваттная мощность относится к инвестициям в снижение потребления электроэнергии, а не к инвестициям в увеличение пропускной способности. Таким образом, инвестиции в Негаватт можно рассматривать как альтернативу новой электростанции, и можно сравнивать затраты и экологические проблемы.

Альтернативы негаваттного инвестирования для снижения потребления за счет повышения эффективности включают:

  • Обеспечение потребителей энергоэффективными лампами - низкое воздействие на окружающую среду
  • Улучшенная теплоизоляция и герметичность зданий - низкое воздействие на окружающую среду
  • Замена старого промышленного предприятия - низкое воздействие на окружающую среду. Может иметь положительное влияние за счет снижения выбросов.

Альтернативные варианты инвестирования в негаватт для снижения пиковой электрической нагрузки за счет изменения спроса во времени включают:

Обратите внимание, что сдвиг по времени не снижает общее потребление энергии или эффективность системы; однако его можно использовать, чтобы избежать необходимости строить новую электростанцию, чтобы справиться с пиковой нагрузкой.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d е Обзор оперативного водопотребления и факторов забора для технологий производства электроэнергии. Технический отчет NREL NREL / TP-6A20-50900. Март 2011. Авторы Джордан Макник, Робин Ньюмарк, Гарвин Хит и К.С. Халлетт. https://www.nrel.gov/docs/fy11osti/50900.pdf
  2. ^ а б Kenny, J.F .; Barber, N.L .; Hutson, S.S .; Linsey, K.S .; Лавлейс, J.K .; Мопен, М. Расчетное использование воды в США в 2005 г.. Циркуляр Геологической службы США 1344. Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США, 2009; п. 52. https://pubs.usgs.gov/circ/1344/
  3. ^ Ежегодное собрание AAAS 17–21 февраля 2011 г., Вашингтон, округ Колумбия. Устойчивый или нет? Воздействие и неопределенности низкоуглеродных энергетических технологий на воду. Д-р Евангелос Цимас, Европейская комиссия, Институт энергетики JRC, Петтен, Нидерланды
  4. ^ а б «Электростанция Маджуба». Получено 2 марта 2015.
  5. ^ а б c Мастерс, Гилберт М (2004). Возобновляемые и эффективные электроэнергетические системы. Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley-Interscience.
  6. ^ а б c Всемирный Экономический Форум; Cambridge Energy Research Associates (1 февраля 2009 г.). «Жажда энергии: вода и энергия в 21 веке» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 8 июля 2011 г.. Получено 1 ноября 2009. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  7. ^ а б c d е ж г час я j k л Фридлейфссон, Ингвар Б .; Бертани, Руджеро; Хуэнгес, Эрнст; Лунд, Джон В .; Рагнарссон, Арни; Рыбач, Ладислав (11 февраля 2008 г.). О. Хохмейер и Т. Триттин (ред.). «Возможная роль и вклад геотермальной энергии в смягчение последствий изменения климата» (PDF). Любек, Германия: 59–80. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  8. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q Лунд, Джон В. (июнь 2007 г.), «Характеристики, разработка и использование геотермальных ресурсов» (PDF), Ежеквартальный бюллетень Геотеплового центра, Кламат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона, 28 (2), стр. 1–9, ISSN  0276-1084, получено 16 апреля 2009
  9. ^ а б c d е ж г час я Alsema, E.A .; Wild - Scholten, M.J. de; Фтенакис, В.Воздействие фотоэлектрической генерации на окружающую среду - критическое сравнение вариантов энергоснабжения Абстрактные ECN, сентябрь 2006 г .; 7p. Представлено на 21-й Европейской конференции и выставке по фотоэлектрической солнечной энергии, Дрезден, Германия, 4–8 сентября 2006 г.
  10. ^ а б c d е ж [1] В архиве 3 мая 2009 г. Wayback Machine
  11. ^ а б c d е ж г «Энергия ветра: коэффициент мощности, кратковременность и что происходит, когда ветер не дует?» (PDF). Лаборатория возобновляемых источников энергии, Массачусетский университет, Амхерст. Архивировано из оригинал (PDF) 1 октября 2008 г.. Получено 16 октября 2008.
  12. ^ а б c d е ж г ISA, Сиднейский университет (2006). «Энергетический баланс жизненного цикла и выбросы парниковых газов ядерной энергетики: обзор» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 1 декабря 2006 г.. Получено 4 ноября 2009. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  13. ^ а б c Министерство окружающей среды и изменения климата | Ontario.ca
  14. ^ а б c d е «Безопасность ядерных реакторов».
  15. ^ «15 лет прогресса» (PDF). Всемирная ассоциация ядерных операторов. 2006. Архивировано с оригинал (PDF) 18 марта 2009 г.. Получено 20 октября 2008.
  16. ^ «Краткое содержание: оценка стоимости и производительности солнечной технологии в параболическом желобе и энергетической башне» (PDF). Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Октябрь 2003 г. Архивировано с оригинал (PDF) 6 октября 2008 г.. Получено 16 октября 2008.
  17. ^ а б Лаумер, Джон (июнь 2008 г.). «Солнечная энергия или энергия ветра: какая мощность наиболее стабильна?». Дерево Hugger. Получено 16 октября 2008.
  18. ^ Энергия ветра - аварии и безопасность 1 мая 2013 г. Пол Гипе «Краткое описание несчастных случаев со смертельным исходом в ветроэнергетике»: количество смертей на ТВт-ч совокупного поколения - 0,031
  19. ^ «Разрушая мифы» (PDF). Британская ассоциация ветроэнергетики. Февраль 2005 г. Архивировано с оригинал (PDF) 10 июля 2007 г.. Получено 16 октября 2008.
  20. ^ а б c d е ж Каддура, Мохамад; Тивандер, Йохан; Моландер, Сверкер (2020). «оценка жизненного цикла выработки электроэнергии из набора прототипов подводных воздушных змеев». Энергии. 13 (2): 456. Дои:10.3390 / en13020456.
  21. ^ «Выбросы углекислого газа на электростанциях, оцененные по всему миру».
  22. ^ «Откуда берутся парниковые газы - Управление энергетической информации США (EIA)». www.eia.gov. Получено 23 ноября 2019.
  23. ^ "Производство электроэнергии". Получено 23 марта 2007.
  24. ^ «Небольшой информационный бюллетень по ветроэнергетике». Энергия долины Темзы. 14 февраля 2007 г.. Получено 19 сентября 2007.
  25. ^ Дени Дю Буа (22 мая 2006 г.). «Тонкая пленка может скоро превратить солнечное стекло и фасады в практический источник энергии». Энергетические приоритеты. Получено 19 сентября 2007.
  26. ^ "Какая самая страшная бельма на глазу в Великобритании?". Новости BBC. 21 ноября 2003 г.. Получено 19 сентября 2007. Очень хочу, чтобы люди не критиковали ветряные электростанции. Я бы предпочел иметь 12 холмов, полных ветряных турбин, чем одну атомную электростанцию.
  27. ^ а б c d е ж г час "Тетис".
  28. ^ а б Зачем Австралии ветроэнергетика В архиве 1 января 2007 г. Wayback Machine
  29. ^ http://www.tai.org.au/documents/dp_fulltext/DP91.pdf В архиве 25 февраля 2012 г. Wayback Machine Ветряные фермы Факты и заблуждения
  30. ^ «Понимание опасности, которую представляет для птиц энергия ветра». American Bird Conservancy. 8 апреля 2017 г.. Получено 23 ноября 2019.
  31. ^ Беседа, Дэниел Кирк-Давыдов, The. «Установлено, что энергия ветра влияет на местный климат». Scientific American. Получено 23 ноября 2019.
  32. ^ «Ветровое сопротивление». Новости MIT. Получено 23 ноября 2019.
  33. ^ Питер Фэрли, Землетрясения мешают планам по зеленой энергии, IEEE Spectrum, ISSN 0018-9235, Volume 48 No. 10 (North American edition), апрель 2011 г., стр. 14–16
  34. ^ Геонауки Австралия. «Вызванная сейсмичность и развитие геотермальной энергии в Австралии» (PDF). Правительство Австралии. Архивировано из оригинал (PDF) 11 октября 2011 г.
  35. ^ «Резервуар для хранения на солнечной электростанции в пустыне взрывается; ближайшая территория эвакуирована». Лос-Анджелес Таймс. 27 февраля 1999 г.

внешние ссылки