VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Антропогенное загрязнение атмосферы и изменение климата являются следствием повсеместного использования топливной энергетики. Основные выбросы в секторе приходятся на долю сжигаемых нефти, природного и попутного газа, угля и, в меньшей степени, торфа и горючих сланцев. При сжигании органического топлива образуются углеводороды, соединения свинца, оксиды углерода, серы, азота и другие вредные вещества.

По обзорным данным Росгидромета, объем попавших в атмосферу парниковых газов в результате сжигания углеводородного топлива составляет 82,7% от общего объема [1]. Таким образом, использование топливно-энергетического комплекса на современном этапе развития является одной из главных причин наступающего экологического кризиса. Сложившуюся проблему, во многом, возможно решить за счет применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ), выступающих альтернативным вариантом в поиске решения проблем энергетической безопасности и экологической обстановки в стране и регионах.

Согласно с распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 года № 1715-р "Об утверждении Энергетической стратегии России на период до 2030 года" предусматривается рост доли нетопливных энергоресурсов до 13 – 14 % к 2030 году [2]. Предполагается реализация широкомасштабных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, а также развитие ВИЭ [3,4], как способа постепенного отказа от привычных традиционных путей развития энергетики.

Тем не менее, ВИЭ в процессе эксплуатации оказывают определенное воздействие на окружающую среду, проявляющееся в загрязнении атмосферы, гидросферы, почвы, акустическом (шумовом) воздействии, выбросе парниковых газов, влинии на флору и фауну.

В данной работе рассматриваются энергетические установки, использующие ветровую (ВЭУ) и солнечную энергию (СЭУ). Приведены результаты исследований экологического воздействия на окружающую среду электростанций мощностью 60 кВт, состоящих из солнечных и ветровых энергоустановок. На рисунке 1 показано возможное воздействие рассматриваемых ВИЭ на окружающую среду.

Рисунок 1 – Воздействие солнечных и ветровых ВИЭ на окружающую среду

Загрязнения атмосферы и гидросферы. Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются ВИЭ, на которых происходит процесс сжигания органического топлива. Загрязнение водного бассейна, в целом, осуществляется минигидроэлектростанциями. Ветровые и солнечные установки в процессе эксплуатации не производят отрицательного экологического воздействия на атмосферный воздух и гидросферу.

Загрязнение почвы. При эксплуатации солнечных и ветровых установок не образуется отходов, загрязняющих почву. Однако, при строительстве электростанций необходимо изъятие земель. Занимаемые территории, являющиеся естественными экосистемами, включают в себя ряд определенных (порой редких) представителей флоры и фауны. Таким образом, строительство станций может изменить ареал обитания животных и птиц и, как следствие, привести к изменению состава экологической системы.

Площадь станции зависит от вида возобновляемых источников энергии. Средние площади электростанций на базе солнечных и ветровых энергоустановок мощностью 60 кВт , а также удельные значения площади на киловатт установленной мощности представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Площади электростанций на базе СЭУ и ВЭУ мощностью 60 кВт

Характеристика	Вид энергоустановки на ВИЭ
	ВЭУ	СЭУ
Площадь электростанции, м2	12000	600
Удельная площадь, м2/кВт	200	10

Следствием изъятия значительных территорий является уменьшение образования органической массы в процессе фотосинтеза в зеленых растениях.

Растения, поглощая углекислый газ, выделяют кислород. Сокращение площадей произрастания растений приводит к изменению баланса кислорода и углекислого газа. Деревья, поглощая углекислый газ, способствуют уменьшению парникового эффекта. При отчуждении территории для строительства электростанции этот процесс нарушается [4].

Максимальной способностью поглощать углекислый газ обладают леса (4 т/га в год). Исходя из этого, представляется возможным определение величины уменьшения поглощения СО₂ при вырубке лесополосы для строительства электростанции. Результаты расчетов сокращения образования органической массы и уменьшения поглощения углекислого газа лесами представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов сокращения образования органической массы и уменьшения поглощения углекислого газа лесами

Параметр	Вид ВИЭ
	Солнечные	Ветровые
Площадь, занимаемая электростанцией, га	0,06	1,2
Удельное поглощение лесом углекислого газа, т/га	4	4
Уменьшение поглощения углекислого газа, т	0,24	4,8
Продуктивность лесов, т/га за год	7	7
Уменьшение образования органической массы, т	0,42	8,4

Анализ данных таблицы 2 показывает, что наибольшую площадь занимают ветроэнергетические станции, что приводит к ограничению выбора места под строительство.

Ветровые установки, как правило, отдалены друг от друга на расстояние, сравнимое с высотой семи – десяти башен. Таким образом, на реально используемую территорию под установку башен и подъездные пути, приходится лишь 1 – 2 % занятой ВЭС земли. ВЭУ мегаваттного класса должны быть разделены расстоянием около 1,5 км [5]. Территория между отдельными энергоустановками не может использоваться в строительных целях или для нужд лесоводства. Решением проблемы могут стать ветроустановки морского базирования (оффшорные ВЭС).

Акустическое воздействие. Источниками шумового загрязнения являются, в основном, ветровые энергетические установки. СЭУ не оказывают акустического воздействия на окружающую среду.

ВЭУ в процессе эксплуатации производят механический и аэродинамический шумы от работы механических, электрических компонентов и от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки соответственно.

Наивысший уровень шума создают: генератор, привод поворота, коробка передач и лопасти. Шум от некоторых из приведенных компонентов происходит постоянно, от других – время от времени, но все шумы (за исключением шума, производимого разворачивающим механизмом) происходят только при работе турбины.

Результаты исследований акустического воздействия для различных установок на базе ВИЭ мощностью 60 кВт представлены в таблице 3 и на рисунке 2, где отображены зависимости уровня шума от расстояния до источника. Предельно допустимый уровень шума на территории жилой застройки составляет 45 дБА [6].

Рисунок 2 – Зависимости уровня шума, создаваемого различными установками на базе ВИЭ, от расстояния

Таблица 3 – Зависимость уровня шума от расстояния до источника

Расстояния до источника, м	Уровень шума для различных видов ВИЭ, дБА
	ВЭУ	Мини-ГЭС	Мини-ТЭЦ на биотопливе
0	92,0	70,0	71,0
50	48,6	27,5	28,5
100	43,6	21,0	22,0

Анализ результатов расчета показал, что расположение ВЭУ возможно на расстоянии 100 м. Расстояние от источника шума до жилых построек для соблюдения санитарных норм необходимо определять в зависимости от мощности энергоустановки.

Эмиссия парниковых газов. Ветровые и солнечные установки в процессе эксплуатации не принимают участие в парниковом эффекте. Однако, при строительстве электростанции происходит уменьшение поглощения углекислого газа за счет вырубки лесов на данной территории. Источниками эмиссии парниковых газов являются ВИЭ, на которых происходит процесс сжигания органического топлива.

Электромагнитное излучение. Все энергоустановки на базе ВИЭ являются источниками электромагнитных помех (ЭМП) промышленной частоты. Однако, следует учесть тот факт, что сети 0,4 кВ и ниже создают электромагнитное поле малой величины, не оказывающее существенного влияния на окружающую среду.

Наибольший уровень ЭМП создают ВЭУ. Проблема возникает при расположении ветровых турбин вблизи радиотелевизионных станций. Ветротурбины, являясь препятствием между передатчиком и приемником, приводят к искажению сигнала при передачи в радиодиапазоне (в основном FM частот). ВЭУ может являться источником периодических ЭМП в широком диапазоне – от инфранизких до высоких частот, которые негативно влияют как на качество работы телерадиовещательной аппаратуры, так и на физическое тело, психофизиологию человека.

На современном этапе развития отрасли лопасти ветротурбин производятся из синтетических материалов, оказывающих минимальное воздействие на передачу электромагнитного излучения.

Влияние на животный и растительный мир.Солнечные установки в процессе эксплуатации практически не оказывают влияния на окружающую среду.

ВЭУ могут негативно воздействовать на птиц, нарушая ареал их обитания (места кормежки и гнездования), а также принося гибель или увечья вращающимися лопастями. Как правило, птицы замечают появившиеся в районе их обитания новые постройки и избегают их, продолжая кормиться и размножаться на данной территории. Наиболее остро встает проблема, если ВЭУ расположены на маршрутах миграции большого количества птиц. Решением является более тщательный выбор места размещения ветроустановок.

Следует учесть, что современные ВЭУ более безопасны для окружающего животного мира. Лопасти инновационных моделей поворачиваются медленнее, чем у более ранних аналогов, и птицы способны визуально фиксировать вращающиеся части установки.

Выводы:

– При выборе вида ВИЭ необходимо учитывать существующую экологическую обстановку в районе строительства.

– Солнечные и ветровые установки не оказывают отрицательного экологического воздействия на атмосферный воздух, гидросферу и не участвуют в парниковом эффекте.

– При эксплуатации СЭУ и ВЭУ не образуется отходов, загрязняющих почву, однако, для строительства станций необходимо изъятие земель из окружающей среды. Наибольшую площадь занимают ветровые станции.

– Источниками акустического воздействия на окружающую среду являются все энергоустановки на базе ВИЭ, кроме солнечных, а максимальный уровень шума создают ветровые установки. Для соблюдения санитарных норм необходимо определять расстояние от источника шума до объектов жилой застройки в зависимости от мощности установки.

– Современные ВЭУ оказывают минимальное воздействие (ЭМП) при передаче электромагнитного сигнала.

Литературные источники

1. Изменение климата: информационный бюллетень. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды №42, 2013 г. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://climatechange.narod.ru/DOCS/NEWSLETTERS/Izmenenie_klimata_N42_

MayJune.pdf (дата обращения 23.12.2013).

2. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р "Об утверждении Энергетической стратегии России на период до 2030 года" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/902187046 (дата обращения 22.12.2013).

3. Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В. Сравнительная оценка вариантов решения проблемы парниковых газов в энергетике // Современные проблемы науки и образования. 2013. №3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.science-education.ru/ 109-9493 (дата обращения 23.12.2013).

4. Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Соснина Е.Н., Шалухо А.В. Оценка эмиссии парниковых газов при использовании биотоплива // Экология и промышленность России. 2012. №9. С. 36-40.

5. Территория под строительство ВЭС [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://teplo-faq.net/katalog/36-elektro-i-teplosnabzhenie/1897-energiya-vetra (дата обращения 22.12.2013).

6. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.

Код для цитирования: Скопировать