Введение

Электроэнергетические системы состоят из электростанций, использующих различные источники энергии, сетей передачи и распределительных линий. Каждый из этих компонентов может оказывать воздействие на окружающую среду на различных этапах своего жизненного цикла, включая строительство, выработку электроэнергии, вывод из эксплуатации и утилизацию. Эти воздействия можно разделить на эксплуатационные (добыча топлива, глобальное и локальное загрязнение атмосферы) и связанные со строительством (производство, монтаж, вывод из эксплуатации и утилизация). Все способы производства электроэнергии оказывают определенное воздействие на окружающую среду, однако угольная генерация является наиболее вредной. На этой странице информация организована по источникам энергии и включает в себя такие аспекты, как потребление воды, выбросы, локальное загрязнение и нарушение среды обитания диких животных.

Ископаемое топливо

Большая часть электроэнергии сегодня вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива и производства пара, который затем используется для приведения в движение паровой турбины, которая, в свою очередь, вращает электрический генератор. Однако более серьезные опасения вызывают выбросы, образующиеся при сжигании ископаемого топлива. Ископаемое топливо представляет собой значительный запас углерода, захороненного глубоко под землей. При его сжигании этот углерод преобразуется в углекислый газ, который затем высвобождается в атмосферу. По оценкам, мировой электроэнергетический сектор выбрасывает 10 миллиардов тонн в год. Это приводит к увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере Земли, что усиливает парниковый эффект и способствует глобальному потеплению.

Электроэнергия на угле

В зависимости от конкретного ископаемого топлива и метода сжигания могут образовываться и другие выбросы. Часто выделяются озон, диоксид серы, NO2 и другие газы, а также твердые частицы. Окислы серы и азота способствуют образованию смога и кислотных дождей. В прошлом владельцы электростанций решали эту проблему, строя очень высокие дымовые трубы, чтобы загрязняющие вещества рассеивались в атмосфере. Хотя это снижает местное загрязнение, это никак не решает глобальные проблемы. Ископаемое топливо, особенно уголь, также содержит небольшое количество радиоактивных веществ, и при сжигании в больших объемах эти вещества попадают в окружающую среду, вызывая низкий уровень локального и глобального радиоактивного загрязнения. Ирония заключается в том, что этот уровень выше, чем у атомных электростанций, где радиоактивные отходы контролируются и хранятся. Уголь также содержит следы токсичных тяжелых металлов, таких как ртуть, мышьяк и другие. Пары ртути, образующиеся в котле электростанции, могут оставаться в атмосфере и распространяться по всему миру. Хотя в окружающей среде уже содержится значительное количество ртути, по мере того как другие антропогенные выбросы ртути контролируются более эффективно, выбросы электростанций становятся существенной долей оставшихся выбросов. По оценкам, в 2003 году электростанции в США выбрасывали около 50 тонн ртути в год, а в Китае – несколько сотен тонн в год. Конструкторы электростанций могут оснащать электростанции оборудованием для снижения выбросов. Методы добычи угля в США также включают открытую разработку и удаление вершин гор. Отходы обогащения остаются на открытом воздухе и вымываются в местные реки, в результате чего большинство или все реки в угольных районах круглый год становятся красными из-за серной кислоты, которая уничтожает всю жизнь в них.

Энергия ископаемого газа

В 2022 году МЭА заявило, что выбросы парниковых газов от газовых электростанций увеличились почти на 3% в предыдущем году и что необходимы дополнительные усилия по их сокращению. Помимо парниковых газов, эти электростанции выделяют оксиды азота (NOx), однако это менее опасно, чем NOx от газовых приборов в жилых домах. Эффективность газовых электростанций можно повысить за счет когенерации и геотермальных (комбинированных тепловых и электрических) методов. Процессный пар можно извлекать из паровых турбин. Тепло, образующееся в результате работы тепловых электростанций, может использоваться для отопления близлежащих зданий. Комбинированное производство электроэнергии и тепла позволяет снизить потребление топлива и, следовательно, уменьшить воздействие на окружающую среду по сравнению с раздельными системами тепло- и энергоснабжения.

Мазут для топлива и дизельное топливо

Грязное топлиo сжигается на электростанциях в некоторых нефтедобывающих странах, таких как Иран. Дизельное топливо часто используется в резервных генераторах, что может приводить к загрязнению воздуха.

Возобновляемая энергия

Технологии возобновляемой энергии могут приносить значительные экологические выгоды. В отличие от угля и природного газа, они способны генерировать электроэнергию и топливо, не выделяя значительных объемов углекислого газа и других парниковых газов, способствующих изменению климата. Однако, экономия парниковых газов от ряда видов биотоплива оказалась значительно меньше, чем ожидалось изначально, как обсуждается в статье «Непрямые последствия изменения землепользования при производстве биотоплива». Как солнечная, так и ветровая энергия подвергались критике с эстетической точки зрения. Тем не менее, существуют методы и возможности для эффективного и незаметного внедрения этих возобновляемых технологий: стационарные солнечные коллекторы могут использоваться в качестве шумозащитных экранов вдоль автомагистралей, а значительные площади дорог, парковок и крыш в настоящее время доступны для их размещения; аморфные фотоэлектрические элементы также могут применяться для тонировки окон и выработки энергии.

Гидроэлектроэнергия

Основным преимуществом обычных гидроэлектростанций с водохранилищами является их способность накапливать потенциальную энергию для последующего производства электроэнергии. Сочетание естественного источника энергии и выработки по требованию сделало гидроэнергетику крупнейшим источником возобновляемой энергии на сегодняшний день. К другим преимуществам относятся более длительный срок службы по сравнению с генерацией на топливе, низкие эксплуатационные расходы и возможность организации водных видов спорта. Некоторые плотины также функционируют как гидроаккумулирующие электростанции, балансируя спрос и предложение в системе энергоснабжения. В целом, гидроэлектроэнергия может быть дешевле электроэнергии, вырабатываемой из ископаемого топлива или ядерной энергии, а регионы с обильными гидроресурсами привлекают промышленность. Однако, помимо вышеуказанных преимуществ, существуют и недостатки, связанные с плотинами, создающими крупные водохранилища. К ним относятся: переселение людей, проживающих на территориях, запланированных для затопления водохранилищами, выброс значительного количества углекислого газа при строительстве и затоплении водохранилища, нарушение водных экосистем и жизни птиц, негативное воздействие на речную среду и, в редких случаях, катастрофическое разрушение плотины. Другим недостатком строительства гидроэлектростанций является необходимость прокладки подъездных дорог, нарушающих не только водные, но и наземные экосистемы. Кроме того, увеличение содержания углекислого газа сопровождается увеличением концентрации метана, выделяющегося при затоплении территорий во время создания водохранилищ, когда подводные растения разлагаются и выделяют метан. Еще одним недостатком является высокая первоначальная стоимость строительства плотины и длительные сроки ее возведения. Сжигание биомассы производит многие из тех же выбросов, что и сжигание ископаемого топлива. Однако, в процессе роста биомасса поглощает углекислый газ из атмосферы, поэтому ее чистый вклад в глобальный уровень углекислого газа невелик. Выращивание биомассы сопряжено с теми же экологическими проблемами, что и любое сельскохозяйственное производство. Для эффективного роста требуется значительная площадь земли, а также использование удобрений и пестицидов. Биомасса, образующаяся как побочный продукт сельского хозяйства, представляется перспективной, но в настоящее время большая ее часть используется для удобрения почвы.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия – это тепло Земли, которое можно использовать для производства электроэнергии на электростанциях. Теплая вода, получаемая из геотермальных источников, может применяться в промышленности, сельском хозяйстве, для купания и санитарных целей. В местах, где доступны подземные источники пара, этот пар используется для вращения паровой турбины. Геотермальные источники пара имеют ограниченный срок службы, так как подземные воды истощаются. Системы, которые циркулируют поверхностные воды через горные породы для получения горячей воды или пара, являются возобновляемыми в масштабах, значимых для человека. Хотя геотермальная электростанция не сжигает топливо, она все же производит выбросы, обусловленные веществами, отличными от пара, которые поднимаются из геотермальных скважин. К ним могут относиться сероводород и углекислый газ. Некоторые геотермальные источники пара содержат нерастворимые минералы, которые необходимо удалять из пара перед его использованием для выработки электроэнергии; этот материал требует надлежащей утилизации. Любой паровой энергоблок (закрытого цикла) нуждается в охлаждающей воде для конденсаторов; забор охлаждающей воды из природных источников и повышение ее температуры при возврате в реки или озера могут оказать существенное воздействие на местные экосистемы. Изъятие подземных вод и ускоренное охлаждение горных пород могут вызывать землетрясения. Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) создают трещины в подземных породах для увеличения производства пара; такие проекты могут провоцировать землетрясения. Некоторые геотермальные проекты (например, вблизи Базеля, Швейцария, в 2006 году) были приостановлены или отменены из-за нежелательной сейсмичности, вызванной геотермальной разработкой. Однако риски, связанные с сейсмичностью, индуцированной гидроразрывом, невелики по сравнению с рисками природных землетрясений и могут быть снижены за счет тщательного управления и мониторинга, и не должны рассматриваться как препятствие для дальнейшего развития геотермального энергетического ресурса горячих пород.