Энергетика

Экологические последствия развития солнечной энергетики

Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объектами, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзя назвать полностью обоснованным. В лучшем случае к экологически чистой можно отнести конечную стадию – стадию эксплуатации СЭС, и то относительно.

Солнечные станции являются достаточно землеемкими. Удельная землеемкость СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га/кВт с наиболее вероятными значениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чем для ТЭС и АЭС. При этом надо учесть, что солнечные станции весьма материалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях землеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеемкость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.

Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.

Гелиотехника косвенным образом оказывает влияние на окружающую среду. В районах ее развития должны возводиться крупные комплексы по производству бетона, стекла и стали. Во время изготовления кремниевых, кадмиевых и арсенидогелиевых фотоэлектрических элементов в воздухе производственных помещений появляются кремниевая пыль, кадмиевые и арсенидные соединения, опасные для здоровья людей.

Космические СЭС за счет СВЧ-излучения могут оказывать влияние на климат, создавать помехи теле- и радиосвязи, воздействовать на незащищенные живые организмы, попавшие в зону его влияния. В связи с этим необходимо использовать экологически чистый диапазон волн для передачи энергии на Землю.

Неблагоприятные воздействия солнечной энергии на окружающую среду могут проявляться:

  • в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;
  • в большой материалоемкости;
  • в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты и нитриты;
  • в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов токсичными веществами при использовании солнечных систем в сельском хозяйстве;
  • в изменении теплового баланса, влажности, направления ветра в районе расположения станции;
  • в затемнении больших территорий солнечными концентраторами, возможной деградации земель;
  • в воздействии на климат космических СЭС;
  • в создании помех телевизионной и радиосвязи;
  • в передаче энергии на Землю в виде микроволнового излучения, опасного для живых организмов и человека.

Экологические аспекты использования солнечных энергетических установок

Солнечная энергия широко используется для горячего водоснабжения и в ряде случаев для отопления. Наиболее распространены установки для индивидуальных домов, которые представляют собой плоский солнечный коллектор площадью 1–2 м2 и бак-аккумулятор емкостью в 100–200 литров. Иногда применяется поле коллекторов для централизованного теплоснабжения небольших поселков. В северных странах такие установки работают на антифризе, утечки которого могут наносить некоторый ущерб окружающей среде. Стеклянное покрытие солнечных коллекторов, отражая солнечные лучи, может ослеплять пилотов пролетающих самолетов. Во избежание этих возможных осложнений рекомендуется, особенно для крупных установок, делать стеклянные покрытия коллекторов из ребристого стекла.

Производство электроэнергии за счет солнечной радиации в основном базируется на использовании ФЭП. Наряду с этим продолжаются исследовательские и опытные работы, направленные на создание СЭС, использующих термодинамический цикл преобразования энергии. Создаются также установки малой мощности с параболическими концентраторами и двигателями Стирлинга, устанавливаемыми в фокусе. Для продления работы за пределы светового дня СЭС могут работать по гибридной схеме с использованием некоторого количества природного газа, что в конечном итоге будет приводить к выбросу в атмосферу некоторого количества диоксида углерода. Продление работы СЭС за пределы светового дня, а также компенсация переменности поступления солнечной радиации могут быть достигнуты и путем использования аккумуляторов тепла. Такой аккумулятор использует либо физическое тепло какого-либо рабочего тела, либо скрытую теплоту фазового перехода (чаще всего плавления–затвердевания) какой-нибудь соли, например, селитры. Утечки такого вещества могут быть опасны для окружающей среды. При длительной эксплуатации СЭС, работающих по термодинамическому циклу, возможны утечки и низкокипящих рабочих агентов, которые также способствуют загрязнению окружающей среды.

Для индивидуальных домов используются ФЭП мощностью 50–300 Вт. Собственно модули ФЭП не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду, однако при их производстве используются вещества и процессы, вредные для здоровья людей. Во время изготовления кремниевых, кадмиевых и арсенидгаллиевых фотоэлектрических элементов в воздухе производственных помещений появляются кремниевая пыль, кадмиевые и арсенидные соединения, опасные для здоровья людей. Для непрерывного электроснабжения при использовании ФЭП необходимо иметь дублирующую установку или аккумулятор, в частности наиболее дешевый свинцово-кислотный аккумулятор. Эти аккумуляторы могут являться источником экологических загрязнений. Средний срок работы аккумуляторной батареи составляет около трех лет. Частая замена аккумуляторов с утилизацией или захоронением содержащего в них свинца может наносить вред окружающей среде. Для устранения этого недостатка необходима разработка новых устройств по аккумулированию электроэнергии.

Кроме того, солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий и растительности. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями.