Энергетикалық ресурстар және энергетика өндірістерінің қоршаған ортаға тигізетін әсері

Энергетикалық ресурстарға барлық механикалық, химиялық және физикалық энергия көздерін жатқызуға болады. Энергетикалық ресурстар олардың табиғатына, алу жолдарына және басқа да нышанына (белгісіне) байланысты топтастырылады (1-ші кесте).

1-ші кесте. Энергетикалық ресурстардың топтастырылуы

Қатты органикалық отын және уран ресурстарының көп мөлшері өнеркәсібі дамыған елдердің жерінде болса, мұнай ресурстары мен гидроэнергия негізінде дамып келе жатқан Азия, Африка және Латын Америка елдерінде.

Жер қойнауындағы отын қоры болып, көмір, мұнай, газ және уран рудалары саналады. Көмірдің дүниежүзілік қоры 9-11 трлн. тонна (шартты отын түрінде), оның ішінде 50% (6 трлн. т) ТМД елдерінің жерінде шоғырланған. Жылына орта есеппен пайдалануға жерден алынатын мөлшер 4,2 млрд.тонна.

Сарқылатын отын-энергетикалық ресурстардың геологиялық зерттеуден өткен дүниежүзілік қоры төменгі 2-ші кестеде келтірілген.

Кейбір елдердегі барланған кен орындарындағы көмірдің мөлшері, млрд.тонна: АҚШ- 430, Германия-100, Австралия-90, Англия -50, Канада-50, Индия-29, ТМД елдері-290, оның ішінде Қазақстанда-51 (40% кокс алатын өте сапалы көмір). Орта есеппен жылына Қазақстанда 80 млн.тоннаның үстінде көмір алынады, оның 40% ашық әдіспен.

2-ші кесте. Отын әнергетикалық ресурстардың дүниежүзілік қоры

Дүниежүзілік мұнай қоры 840 млрд.тонна шартты отын көлемінде бағаланады. Оның 10%-анықталған, ал 90% болжамдық қорлар. Дүниежүзілік рынокты негізгі мұнай мен қамтамасыз ететін Таяу және Орта Шығыс елдері. Мұнайдың 66% осы елдерде, 4%- Солтүстік Америкада, 8-10% Ресейде, қалған мөлшері басқа елдерде. Жапония, Германия, Франция т.б. көптеген дамыған елдерде мұнай кен орындары жоқ.

Дүниежүзілік табиғи газдың қоры 300-500 трлн. м³ . Табиғи газдардың үлкен қорлары Иракта, Сауд Аравиясында, Алжирде, Ливияда, Нигерияда, Венесуэлада, Мексикада, АҚШ-та, Канадада, Австалияда, Ұлыбританияда, Норвегияда, Голландияда, Ресейде (30 %), Қазақстанда (5 млрд. м³). Жыл сайын Ресей 800-850 млрд. м³ шамасында өндіріледі.

Жоғарыда көрсетілген отын түрлерін жер қойнауынан алған кезде жер беті келбетінің өзгеруі, топырақтың құнарлы қабатының бұзылуы, атмосфера мен сулардың ластануы орын алады. Сондықтан табиғи ортаны сақтау мақсатында ғалымдардың болжамы 2020 жылға дейін жер қойнауынан алынатын отындардың 2,5 млрд.тоннадайы зияндығы аздау отын түрлеріне айырбасталып, яғни сарқылмайтын энергия ресурстарына олардан алынатын электрэнергияның мөлшері 8%-ке дейін жетеді. Кейбір сарқылмайтын энергия көздері туралы мәліметтер 3-ші кестеде берілген.

Жыл бойы жер бетіне түсетін күн сәулесінің күші 178 мың ГВт энергияға тең, бүкіл адамзаттың жұмсайтын энергия мөлшерінен бұл шамамен 15 мың есе жоғары. Осы энергияның 30%-ы қайтадан космос әлеміне қайтарылады, 50%-сіңіріледі, 20%-ы геологиялық циклға, 0,06% фотосинтез процесіне жұмсалады.

3-ші кесте. Сарқылмайтын энергия ресурстары

Күн- өте қуатты энергия көзі. Оның 22 күн ішінде жерге берген қуаты бүкіл Жер әлеміндегі органикалық отынның қуатына тең. Күн қуатын өнеркәсіп пен тұрмыс жағдайында қалай қолдануға негізделген кейбір қондырғылар белгілі. Жуковский қаласындағы Ковров механика зауыты қуаттылығы жылына 100 мың м³ суды жылытуға арналған күн сәулесін пайдаланатын жылу коллекторларын шығарадыАҚШ-та, Испанияда, Иорданияда электр тоғын алу үшін күн сәулесін қолданатын жылу электрқондырғылар іске қосылған. Бұларда жартылай ток өткізетін аспаптарды қолданып күн сәулесі электр тоғына өзгертіледі. Американдық эксперттердің шешімі бойынша фотоэлектрқондырғылар қоршаған ортаға әсерін тигізбейді екен, оларда жылжымалы бөлшектер болмағандықтан шу болмайды және судың да қажеті жоқ. Күн сәулесінен жұмыс істейтін батареяларды тұрғын үйлерді жылытуға, ыстық сумен қамтамасыз етуге, әртүрлі материалдарды кептіруге, технологиялық процестерде қолдануға болады. Желдің жылдамдығы 5м/сек жоғары болатын жерлерде электроэнергияны желден алуға болады. Желдің энергиясын кеңінен қолдану мақсатында Канадада, Германияда, АҚШ-та, Францияда, Швецияда ұлттық бағдарламалар жасалған.

Жел энергиясынан электр тоғын алу процестеріне экологиялық тұрғыдан қарасақ, мұны таза технологияға жатқызуға болады. Шу және теледидар жүйесінде кездесетін тағы да басқа бөгеуілдердің мәселесі шешілетін проблемалар деуге болады.

Қазақстанда жыл бойы жел болып тұратын аймақтар жеткілікті. Осыған байланысты жел энергиясы біз үшін сарқылмайтын ресурс. Сондықтан жел энергиясын кеңінен қолдану экологиялық жағынан да, экономикалық жағынан да тиімді.

Экологиялық жағдайға зияндық әсері жоқ деп, тағы бір энергия түрін айтуға болады. Бұл жер қабатында (5метр тереңдікке дейінгі) болатын геотермалдық жылу электрстанциялары (ГеоЖЭС) жұмыс істейді. Ең қуаттылығы жоғары ГеоЖЭС (50мВт) АҚШ-та.

Жалпы геотермалдық энергия қоры 200гВт шамасында, негізінде ол Тынық мұхиттың төңірегінде шоғырланған.

Ресейде геотермалдық энергия қоры Камчатка, Сахалин және Курил аралдарында, жалпы қоры 2000мВт. Қазіргі кезде қуаттылығы 11мВт-қа тең екі ГеоЖЭС Камчаткада іске қосылған. Курил аралдарында және Камчаткада 300-500 метр тереңдікте судың температурасы 200⁰С-ге дейін жетеді.

Геотермалдық энергетиканың дамуының негізгі бағыты- термалдық сулардың жылуын пайдалану немесе су сіңіретін тау жыныстарының қабатына қолданған. Суды жіберіп, осы тереңдіктегі жылуды электр энергиясына айналдыру. Тереңдіктегі жылуды пайдалану технологиясы экологиялық тұрғыдан зиянсыз. Махачкала, Омск, Кизляр, Черкаск, Тбилиси қалаларында термалды сулар тұрғындарды жылы сумен қамтамасыз етуге бағытталған.

Жылы сулар қоры Қазақстанның да көптеген жерінде кездеседі. Олар үйлерді жылытуға, спорт кешендерінде, санаторийларда, т.б. жағдайларда қолдануын табуда.

Тағы бір энергия көзі- биомасса. Оның құрамындағы күкірттің мөлшері 0,1%, ал күрделілігі-3-5%-тен аспайды (көмірде бұл көрсеткіштер, тиісінше, 2-3% және 10-15% тең). Беомассадан алынған газды отын ретінде пайдаланып, турбогенераторлардың көмегімен электр тоғын алу жолы басқа белгілі әдістермен бәсекелесе алады. Биомасса қалдық ретінде көп мөлшерде қант пен шарап зауыттарында борық қамысын өңдегенде шығады. Борық қамысынан қант, шарап алу дамып келе жатқан елдердің 80-де жолға қойылған. Осыған байланысты тек борық қамысын пайдалану арқылы бұл өсімдік өсетін елдерде энергияның 50%-тей мөлшерін алуды жолға қоюға болады.

Анаэробты микроорганизмдер штаммаларының арнайы түрлерін жасап биогаз қолданудың экология және экономика жағынан болсын тиімді жолдарын табуға болады. Биогаздан энзимдер (ашытқы) қолдану арқылы алынған этанолдың бағасы бензинмен салыстырмалы келеді. Және қазіргі жағдайда қалдықтардан биогаз алу технологиясы өзін 3-5 жылда ақтап, табиғи органикалық ресурстарды үнемдеуге ықпал жасайды.

Болашағы зор потенциалды энергия түріне мұхиттардың жылу, ағыс, толқындар мен тасу энергия түрлерін жатқызуға болады. Мұхит таусуларының техникалық энергия потенциалы болжам бойынша 780 млн. кВт шамасында. Канадада қуаттылығы 20млн .кВт, ал Ресейдің Мурманск ауданында қуаттылығы 400 млн. кВт, Алыс Шығыста қуаттылығы 87 млн. кВт энергия беретін станциялар 350 млрд. кВт/сағатына берсе, Францияда жылына алынатын энергия мөлшері 40 млрд. кВт-сағатына жетеді.

Қазақстанның энергетикалық базасы XX ғасырдың 30-шы жылдарында құрыла бастады. Алғашында кішігірім электрстанциялар фабрика, зауыт, мұнай кәсіпорындары мен рудниктердің мұқтажын атқару үшін солардың маңында салынған. 1950 жылдардан бастап республиканың бірнеше аймағын электрэнергиясымен қамтамасыз ете алатын энергетика кешендері ұйымдастырылды. 1950 жылдан бастап қазіргі уақытқа дейін істеп жатқан энергетика өндірістері 4-ші кестеде берілген.

4-ші кесте. Қазақстандағы энергетика өнеркәсібі

Электрэнергияның негізгі ауқымды бөлігі (57-64%) химия, түсті және қара металлургия, құрылыс өндірістерін қамтамасыз етуге жұмсалады. Қазақстан өзін толығымен электр энергиясымен қамти алмайтынына байланысты басқа елдерден 17 млрд. кВт/сағат энергия алуға мәжбүр.

Енді энергетика өндірісінің қоршаған ортаға тигізетін әсерін қарастыратын болсақ, оның зиянды әсері отынды жер қойнауынан шығарғаннан бастап электр энергиясына айландырған және тұтынушыларға берген кезеңдердің бәрінде орын алады екен. Ластаушы компоненттердің түрі мен мөлшері қолданылған отынның табиғатына, химиялық құрамына және жағу технологиясына байланысты (5-ші кестеде).

5-ші кесте. Әртүрлі отын түрлерін қолданғанда ЖЭС-нан атмосфераға тасталатын зиянды заттардың мөлшері, г/кВт сағ.

Қатты отынды (көмір, жертезек, ағаш, қамыс, т.б.) жаққанда күл, смола, күкірт пен көміртек оксидтері, шаң бөлінеді. Екібастұз көмірін қолданғанда шығатын күлдің мөлшері Қарағандының көмірінен шығатын күл көлемінен анағұрлым жоғары, оның себебі сапасының төмендігінде. Орта есеппен ЖЭС сағатына 5 тоннадай күкіртті антигридпен және 16-17 күлмен ауаны ластап отырады.

Сұйық отынды (мұнай мен оның өңделген өнімдерін) қолданғанда ауаға бөлінетін заттар күкірт пен көміртегтің жаққанда қоршаған орта тек азот оксидімен ластанады.

Отынның химиялық құрамында қандай элементтердің қосылыстары қоршаған ортаға таралады. Отын жаққанды табиғи ортаның ластануын азайту үшін шаң, газ ұстайтын қондырғыларды (сүзгіштерді) қолданған орынды. Осындай қондырғылар зиянды заттардың 90-95% ауаға жібермеуге мүмкіндік туғызады. Оттықтан алынған күл мен шлактардың үйінділерін сақтау біраз жер көлемін ластайды.

Тек бір тәуліктің өзінде орта қуатты ЖЭС (1 мВт) 10мың тонна шамасында көмір жағатыны белгілі, ал осы көлемнен шығатын қож пен күлдің мөлшері 1 мың тоннаның үстінде. Осы тастандыны биіктігін 8м етіп үйгеннің өзінде бұған қажетті жердің көлемі 1 гектардан артық келеді. Литосфераның ластануы ЖЭС салатын жерді дайындағаннан басталады. Себебі, ауылшаруашылығына жарамды жерлердің біраз көлемі құрылысқа бөлінеді. Осы мәліметтің өзі ЖЭС-ның табиғатқа қандай қысым жасайтынын сипаттауға жеткілікті нәрсе.

Қоршаған ортаға қож пен күлдің тигізетін әсері, оларды оттықтан алуға қолданылған әдіске де тәуелді келеді. Шаң мен қатр қоршаған ортаны ластайтын заттардың бірі отынды тасығанда, жинағанда оның тотығу салаларынан пайда болған қосылыстар.

Атмосфераға тасталған зиянды заттардың таралуы, сол жердің адыр-бұдырлы бедеріне, желдің жылдамдығына, бұлттылықтың биіктігіне байланысты болады. Мысалы, ЖЭС конденсаторларының салқындату жүйесіндегі ірі сусалқындатқыштар (градирнилер) станция аймағының микроклиматындағы судың мөлшерін жоғарылатып, тұманның пайда болуына, кейде сіркіреп жауынның жаууына, ал қыстыгүні қырау мен көк мұздың болуына себебін тигізеді. Ауаға тасталған зиянды компоненттер және тұман бір-бірімен әрекеттесу нәтижесінде тұрақты қатты ластанған ұсақ дисперсті бұлт, яғни тұмша (смог) түзіледі. Тұмшаның адам денсаулығына тигізетін залалы айтарлықтай.

Энергия салқын судың көп мөлшерін жұмсайтын салаға жатады, судың 99% электр мен жылу энергиясын өндіруге жұмсалады. Негізінде ЖЭС мен АЭС-ларында суды көп мөлшерде пайдаланушы турбина кондецаторы. Кондецаторларды салқындатуға ЖЭС-да 1 кВт/сағ энергия алу үшін 120 кг, ал АЭС 220 кг су қажет. Судың біразы басқа да әртүрлі агрегаттарды салқындатуға қолданылады, осыған байланысты жылу электростанциялары қоршаған ортаны жылумен ластандыратын көзге жатады.

Электрстанциялардың ақаба сулары арқылы суаттар мұнай өнімдерімен, әртүрлі қалқыған бөлшектермен, хлоридтермен, сульфаттармен, ауыр металлдардың тұздарымен, күкіртті сутекпен, тұз қышқылымен, формальдегидпен, капролактаммен, мышьяк, сынап, ванадий оксидтерімен, т.б. заттармен ластанып отырады.

Атом электрстанцияларына келетін болсақ, оны дұрыс қолданса, атмосфераға тигізетін әсері органикалық отынмен жұмыс істейтін ЖЭС-ның әсерінен анағұрлым зиянсыз. Себебі, АЭС жұмыс істегенде атмосферадағы оттек пен көмір қышқыл газының мөлшерін өзгертпейді, оның басқа химиялық құрамына да әсері жоқ. Қоршаған ортаны ластайтын негізгі фактор болып радиация көрсеткіші болып саналады. Радиацияны қоршаған ортаға шығармау үшін, ядролық реакция жүретін реактор көп жүйелі қорғау жүйесімен қамсызданады. Ең қауіпті жағдай АЭС апатқа ұшыраған сәтте орын алады, себебі қоршаған ортаға бақылауға көнбейтін радиация таралады. Сондықтан, АЭС салғанда осындай төтенше болуы мүмкін жағдайларды да, жобаларды да жан-жақты қарастырылады.

АЭС жұмыс істеген кезде орын алатын екінші проблема- қоршаған ортаның жылумен ластануы. ЖЭС-сы сияқты АЭС-нан қоршаған ортаға бөлінетін негізгі жылу бутурбиналық қондырғылардың конденсаторларынан пайда болады.

Ядролық энергия қондырғыларын салқындатудан шыққан суларда радионуклидтердің болуы мүмкін. Осы сулар арқылы гидросфераның да олармен ластануы орын алады. Қоршаған ортаға АЭС-ларынан шыққан радиоактивті қалдықтар және оларды демонтаж жасап, радиациямен былғанған аспаптар бөлшектерін көмгенде, т.б. жағдайлар да ластанады.

Апат болған жағдайда АЭС ортаны әртүрлі радионуклидтермен (стронций-90, цезий-141, йод-131, рутений-106 және т.б.) ластайды. Қазіргі кезде Халықаралық атом энергетика агенттігінің (МАГАТЭ) мәліметтері бойынша дүниежүзінде жалпы қуаттылығы 320 гВт (бүкіл әлемде өндірілетін электрэнергияның 17%) энергия өндірілетін істегі 426 реактор бар екен. Ең көп атомэлектростанциялары бар АҚШ (110), одан кейін Франция, Ресей, Англия, Жапония. Дүниежүзінде АЭС арқылы энергия алуда Франция бірінші мемлекет болып саналады. Оларда энергияның 75% беретін АЭС. Қазақстанда тек қана бір АЭС Ақтау қаласында орналасқан. Оның өзі қазіргі уақытта жұмыс істеу мерзімі аяқталған. Енді реактор ішінен элементтерді сыртқа шығарғанда, оның реакциялық активтігі алғашқы шикізат күйіне қарағанда 10-ның 4 дәрежесі есе көп болады. Яғни тіршілік көзіне өте қауіпті жағдай қалыптасуы мүмкін. Себебі, олардың сөніп, табиғи қалпына түсуі 1000 жыл шамасындай уақытты қажет етеді. Сонымен қатар реактивті қалдықтар құрамына трансуран элементтері болады. Ал олардың жартылай ыдырау кезеңінің уақыты миллиондаған жылдарға созылады.

Электрстанциясы беретін өндірістің тағы бір көзі гидроэлектрстанциялары (ГЭС). ГЭС-ны салудан бастап, іске қосылып жұмыс істеген кезеңдердің бәрінен де қоршаған ортаның ластануы орын алады. ГЭС плотинасының алдында су жинау үшін салынатын су құймасының өзі жанасып жатқан бірталай жер көлемінің судың астында қалуына себеп болады. Бұл су құймасы ұйымдастырған жер, орманды немесе ауылшаруашылық дақылдарын егетін, елді мекен орналасқан. Немесе пайдалы кен орындары бар жер болса, құрылыс салдарынан топырақтың, судың гидрохимиялық және гидробиологиялық режимдері күрт өзгереді. Және де су қоймасының бетінен дымқылдың булануы жақын маңайдың климатына ықпалын тигізеді. Яғни ауаның дымқылдығы жоғарылайды, тұманды күндер жиілейді, жел екпіні жиілейді.

ГЭС үшін ірі су қоймаларын салу сейсмоактивтік жағдайдың дамуына ықпал етеді, ал бұл жағдай жер қыртысына әсер ететін қосымша күштің пайда болуына итермелеп, тектоникалық процестерді күшейтеді. ГЭС-тің қоршаған ортаға тигізетін қолайсыз әсерлері жеткілікті.

Жалпы энегетика саласының тіршілік ортаға тигізетін әсері күнен күнге өсе түсетіні сөзсіз. БҰҰ болжамы бойынша қазір дүниежүзіндегі халықтың саны 6 миллиардқа жақындап қалса, 2050 жылы 10 миллиардқа дейін көбейсе, осыған сәйкес энергияға сұраныс та 2 еседей, яғни мұнай эквивалентімен алғанда 20 млрд.т көтерілуі мүмкін. Бұл жағдай қоршаған ортаға да теріс ықпалын тигізбей  қоймайды. Қолданылатын көмір көлемінің артуы, қазіргімен салыстырғанда ауаға бөлінетін көмір қышқылының мөлшерін 60%-ке дейін арттырады. Бұл бір қатар әлемдік проблемаларды тудыруы ықтимал. Мысалы, көп жерлердегі топырақтың қышқылдануына әкеліп соғуы мүмкін. Сондықтан қазірден бастап қоршаған ортаға зияндығы аз альтернативті энергетикалық технология мен қалдықсыз жанатын отын түрлерін іздеу, гидравликалық және геотермальдық энергияны, биомассаны, күн сәулесі мен желді энергия алуға кеңінен пайдалануға жол ашатын жобаларды өмірге енгізу қажеттілігі туып отырғаны белгілі жағдай.