آشنایی با اثرات تولید برق بر محیط زیست
دانش > دانش - متین کرباسیون*:
تولید برق توسط نیروگاهها اثرات گسترده‌ای بر روی محیط زیست می‌‌گذارد، به گونه‌ای که فرآیند احتراق در آن تولید آلایندههای هوایی میکند که میتواند در سطح وسیعی گسترش یابد.
نیروگاههای اتمی بیشترین پتانسیل برای اثرات خطرناک بر محیط زیست را دارا می‌‌باشند. یک اشتباه تصادفی در فرآیند این نیروگاهها میتواند اجازه به انتشار عظیم ذرات رادیواکتیویته دهد. اما در مقابل نیروی آب، خورشید و باد دارای اثرات کوچکتری بر روی محیط زیست می‌‌باشند. به جز در نظر گرفتن آلودگی‌‌های زیست محیطی ناشی از ساخت و تولید تجهیزات مرتبط با نیروگاههای تجدید پذیر و تجدید ناپذیر می‌‌توان به آلودگی و اثرات زیست محیطی مستقیم بسیاری اشاره داشت که توسط این نیروگاهها بر محیط زیست وارد میشود.
نزدیک به 87 درصد انرژی تولیدی در جهان توسط سوختهای فسیلی تامین میگردد.
نیروگاههای فسیلی یکی از اصلی‌ترین منابع تامین برق در جهان می‌‌باشند. نیروگاههای فسیلی مشکلات بسیاری برای محیط زیست ایجاد میکنند که می‌‌توان به استفاده از زمین و آب، انتشار ذرات و گازها به داخل هوا، انتشار حرارت، تغییرات آب و هوایی و تغییرات ظاهری ناشی از برج‌‌های خنک کننده، زبالههای پسماندهای جامد، خاکستر (در مورد نیروگاهها با سوخت زغال سنگ)، سر و صدا اشاره کرد.
بدلیل نیاز به بخار بسیار زیاد ، نیروگاهها می‌‌توانند اثر بسیار زیادی بر روی مصرف آب داشته باشند.به طور مثال برای یک نیروگاه با توان 500 مگاوات و پایه حرارتی با سوخت زغال سنگ از 25 میلیارد لیتر آب در سال به ازای تولید هر گیگاوات ساعت برق، باید استفاده شود که این مقدار باید از منابع آب برداشت شود و سپس برای بازگشت مجدد به منابع آبی باید خنک سازی شود تا بتواند اثرات کمی بر روی محیط زیست داشته باشد.بزرگترین اثرات استفاده از سوختهای فسیلی در نیروگاهها انتشار و ایجاد آلودگی‌‌های هوایی علی الخصوص انتشار SOX، NOX، CO، CO2 و هیدروکربنها می‌‌باشد.
کربن مونوکسید (CO)، کربن دی‌اکسید (CO2) و هیدروکربنها به عنوان گازهای گلخانه‌‌‌ای مسئول گرم کردن زمین شناخته شده‌اند. SOX و NOX زمانی که وارد جو میشوند تولید اسید میکنند، که این اسید‌‌ها بوسیله ترکیب در آب باران ایجاد شده و سبب بارش‌‌‌‌‌های اسیدی میشوند. به طور کلی، انتشار آلایندههای هوایی را توسط اسکرابرها (Scrubber) و ته نشین کنندهها (Precipitator) داخل نیروگاهها می‌‌توان کنترل کرد.
جدول زیر نشان دهنده میزان تولید آلایندههای عامل و گازهای گلخانه‌‌‌ای توسط انواع نیروگاهها می‌‌باشد.
|
نوع نیروگاه
|
CO
|
CO2
|
NOX
|
SO2
|
|
زغال سنگ
|
0.11
|
1090
|
3.54
|
9.26
|
|
نفت
|
0.19
|
781
|
2.02
|
5.08
|
|
گاز
|
0.20
|
490
|
2.32
|
0.004
|
میزان انتشار گازهای گلخانه‌‌‌ای و آلاینده در نیروگاهها (g/kWh)
تقریبا 5 درصد کل انرژی مصرفی دنیا از نوع سوخت هستهای می‌‌باشد.
نیروگاههای اتمی دارای یک مشکل زیست محیطی می‌‌باشند که در شکل‌‌‌‌‌های دیگر نیروگاههای تولید برق وجود ندارد و آن هم بوجود آمدن یک اتفاق تصادفی در فرآیند این نیروگاهها می‌‌باشد که میتواند سبب خروج مقدار بسیار زیادی از ذرات رادیواکتیو به محیط زیست شود. ممکن است نتیجه این اتفاق ارتباط مستقیمی با از بین رفتن زندگی و حیات جانداران داشته باشد و فوراً بخش بزرگی از زمین را غیر قابل زندگی کند.
بزرگترین اثر زیست محیطی نیروگاههای اتمی دفع زبالههای هستهای است که دارای درصد زیادی مواد رادیواکتیویته می‌‌باشند. به طوری که باید این مقدار زباله هستهای برای هزاران سال در جای امنی ذخیره شود. هیچ مرکزی در آمریکا تا کنون پذیرش این مقدار زباله اتمی با خلوص بالا را نپذیرفته است، به طور کلی کشور آمریکا پسماندهای هستهای خود را در سطح زمین و درون بشکه‌هایی در داخل خود مجموعه‌‌های نیروگاهیش نگه‌داری میکند.
مشکل دیگری که وجود دارد، در بلند مدت این نیروگاهها از رده خارج میشوند. بعد از اتمام دوره عمر این نیروگاهها و از رده خارج شدن آنها باید این نیروگاهها بسته شوند. در این مرحله راکتور اتمی و تمامی مسیرها و اتصالات آن که دارای مقادیر بسیار زیادی از مواد رادیواکتیویته می‌‌باشند دور انداخته میشود. در این شکل از رده خارج شدن، تمامی اجزای رادیواکتیویته خارج شده از نیروگاه در زیر بتن دفن میشوند. به شکل روش ساده‌تر نیروگاه بسته میشود و این اجزا تا زمانی که خاصیت رادیواکتیویشان از بین برود محدود میشوند.
0.2 درصد انرژی در جهان توسط انرژیهای خورشیدی تامین میشود.
تولید برق با استفاده از انرژی خورشیدی به طور کلی دارای اثرگذاری کمی بر روی محیط زیست می‌‌باشد. در مبادلات انرژی آن هیچ پسماندی تولید نمی‌شود، تنها استثنای موجود برای وجود پسماند را می‌‌توان به تخلیه سیال عامل در طی فرآیند داخل نیروگاههای حرارتی خورشیدی اشاره کرد. هرچند برخی نگرانی‌‌های زیست محیطی در مورد انرژی خورشیدی نیز وجود دارد.
نیروگاههای خورشیدی بزرگ به طور کلی نیازمند فضا و مساحت مسطح بسیار زیادی می‌‌باشند تا بتوانند حرارت مورد نیاز را تامین کنند. تعدادی نامعلومی از سلولهای فتوولتائیک در نیروگاههای خورشیدی دور ریخته میشوند و در بهترین سلولهای خورشیدی از گالیم آرسنید که سمی می‌‌باشد استفاده شده است. همچنین در برخی از انواع نیروگاههای خورشیدی نظیر نیروگاههای دریافت کننده مرکزی بدلیل سطح زیاد بازتاب کننده‌‌های حرارتی، خطرات جدی برای پرندگان ایجاد خواهد شد.
1.2 درصد انرژی کل دنیا توسط انرژیهای باد تامین میشود.
بزرگترین اثرگذاری ژنراتورهای بادی بر روی محیط زیست شامل آلودگی ظاهری، سر و صدا و تداخل با امواج تلویزیونی می‌‌باشد. این موارد به خصوص در مورد مزارع بادی که دارای 50 و یا حتی تعداد بیشتری توربین بادی که همزمان در یک مجموعه می‌‌باشند صادق می‌‌باشد. مزارع بادی که در مسیر کوچ پرندگان می‌‌باشند خطر بزرگی برای پرندگان به حساب می‌‌آیند. همچنین یک خطر امنیتی در مورد شکست پره‌‌‌ها نیز وجود دارد.
- انرژی آبی (هیدروالکتریک و هیدروکنتیک):
6.4 درصد از انرژی جهان توسط انرژی هیدروالکتریک آبی تامین میشود.
استفاده از انرژی آب برای تولید برق میتواند دارای اثرات مثبت و منفی بر روی محیط زیست باشد. از طرفی سد‌‌‌ها می‌‌توانند به کنترل سیل‌‌‌ها، تعدیل جریان یا ذخیره برای ایجاد فرصت‌‌های مجدد تولید برق میشود. در روی دیگر سکه، سد میتواند اثراتی بر سیکل طبیعی جریان آب، کیفیت جریان، اکولوژی جریان، مهاجرت ماهی‌‌‌ها و تخریب سطح زمین و اکوسیستم بگذارد. تاسیس یک سد جدید در بالادست نیازمند جابجایی و جبران خسارت و هزینه‌‌های آن از مردم می‌‌باشد. تاسیس یک سد در پایین دست نیز دارای اثرات زیست محیطی مختلفی می‌‌باشد. خرابی و شکست سد میتواند سبب یک سیل فاجعه بار شود.
در مورد نیروگاه‌هایی که با امواج و یا جذر و مد دریاها و اقیانوس‌‌‌ها عمل میکنند (هیدروکنتیک‌ها) بدلیل اینکه بیشتر در مراحل آزمایشی می‌‌باشند، تا کنون اثرات مخرب آنها در وسعت بزرگ مورد بررسی قرار نگرفته است. اما در این نیروگاهها می‌‌توان اثرات بزرگی را پیش بینی نمود. از جمله این اثرات به نصب و راه‌اندازی این نیروگاهها می‌‌توان اشاره کرد. نصب و راه‌اندازی این شکل از نیروگاهها به فضای بسیار بزرگی از اقیانوس نیازمند می‌‌باشد.
این امر میتواند با دیگر استفاده‌‌های دریاها و اقیانوس‌‌‌ها نظیر ماهیگیری و کشتی رانی در رقابت باشد و به زندگی دریایی موجودات و عادات آنها لطمه وارد کند. برخی از این تکنولوژی‌‌های جذر و مدی در مکان‌‌‌ها حساس قرار می‌‌گیرند که می‌‌توانند سبب برهم خوردن اکولوژی و شوری آب شوند. این امر سبب تهدید جانداران و گیاهان دریایی میشود.
بدلیل اینکه نگرانی از گرمایش زمین بسیار افزایش یافته، تحقیقات بسیاری نشان می‌‌دهد که این نوع از انرژی کمتر از 0.05 پوند دی اکسید کربن به ازای هر کیلووات ساعت تولید میکند. این در مقابل تولید 0.6 الی 2 پوندی دی اکسید کربن توسط گاز طبیعی و تولید 1.4 الی 3.6 پوندی دی اکسید کربن به ازای هر کیلووات ساعت در نیروگاههای زغال سنگی می‌‌باشد.
- انرژی سوختهای زیستی (زیست سوخت):
0.5 درصد انرژی جهان نیز توسط انرژی زیست سوخت تامین میشود.
نیروگاههای زیست سوختی و زیست توده‌ای دارای شباهات زیادی با نیروگاههای فسیلی می‌‌باشند. هر دو دارای فرآیند احتراق مواد اولیه برای تولید برق می‌‌باشند. بنابراین آلودگی‌‌های نیروگاههای زیست سوختی نیز مانند سوخت فسیلی زیاد بوده ولی در مورد مصرف آب و انتشارات هوایی مشابه نمی‌باشند.
منابع سوختی در زیست سوخت‌‌‌ها بسیار متنوع می‌‌باشد. این منابع شامل انرژی محصولاتی نظیر محصولات کشاورزی، کودها، محصولات جنگلی، پسماندها و پسماندهای شهری میشود. هم در روش تامین خوراک و هم در نحوه توسعه یافتن و برداشت، این نوع از انرژی دارای اثرگذاری بر نحوه بهره برداری از زمین و چرخه گرمایش آن می‌‌باشد.
کم‌ترین سهم در تامین انرژی بر روی زمین متعلق به انرژی زمین گرمایی می‌‌باشد. انرژی زمین گرمایی بر روی کیفیت و مصرف آب اثر گذار است. آب گرمی که از داخل زمین پمپ میشود، دارای مقادیر زیادی سولفور، نمک و دیگر مواد معدنی می‌‌باشد. مصرف آب در این نیروگاهها در حدود 1700 تا 4000 گالن به ازای هر مگاوات ساعت برق می‌‌باشد. تمایز بین نیروگاههای سیکل باز و بسته در انتشارات آنها به جو می‌‌باشد.
در سیستمهای بسته گازهایی که از چاه‌‌‌ها استخراج میشود وارد جو نمی‌شوند. این گازها پس از انتقال حرارت خود به داخل زمین دوباره تزریق می‌‌گردند. در مقابل این سیستم ها، سیستمهای سیکل باز قرار دارند که سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، آمونیاک، متان و بور در آنها منتشر میشود.
هیدروژن سولفید دارای یک بوی متمایز به مانند تخم مرغ فاسد شده می‌‌باشد که شایع ترین انتشار گاز در نیروگاههای زمین گرمایی مربوط به این نوع می‌‌باشد. سولفید هیدروژن وارد شده در جو به شکل SO2 تغییر می‌‌یابد. این گاز میتواند در نهایت به شکل ذرات اسیدی توسط جریان خون جذب و سبب بیماریهای قلبی و ریوی شود. دی اکسید سولفور همچنین میتواند سبب ایجاد باران‌‌های اسیدی شود.
مقدار SO2 تولیدی از نیروگاههای زمین گرمایی به نسبت نیروگاههای زغالی که بزرگترین تولید کننده SO2 در جهان می‌‌باشند، در ازای هر مگاوات ساعت تقریبا 30 بار کمتر است. برخی از نیروگاههای زمین گرمایی مقدار کمی سرب انتشار می‌‌دهند که توسط تکنولوژی فیلترینگ سرب جداسازی میشود. اسکرابرها می‌‌توانند انتشارات هوا را کاهش دهند، اما آنها تولید یک لجن آبکی متشکل از مواد بدست آمده نظیر سولفور، وانادیم، اجزای سیلیکاتی، کلریک‌ها، آرسنیک، سرب، نیکل و دیگر مواد فلزی سنگین میکنند. این لجن سمی اغلب باید در محل دفع زبالههای سمی دفع گردد.
- اثرات انتقال برق بر روی محیط زیست (Environment):
انتقال مقدار زیادی از برق توسط خطوط انتقال برق از سمت تولید کننده به مصرف کنندهها نیز دارای اثرات زیست محیطی میتواند باشد. به طور سنتی خطوط انتقال برق که توسط تیرها و پایه‌‌های بلند مهار شده‌اند به عنوان یک مجموعه دارای آلودگی ظاهری که سبب اختلالات مخابراتی و برای پروازهای کم ارتفاع مخاطره انگیزند، دیده شده است.
امروزه، نگرانی‌‌های بیشتری درباره اثرات خطوط انتقال برق بر روی محیط زیست وجود دارد. نگرانی بزرگتر بر روی تاثیر خطوط انتقال برق بر روی رفتار طبیعت می‌‌باشد. اساسی ترین مشکل، اثر میدان الکترومغناطیس (EMFs) بر روی سلامتی انسان‌‌‌ها می‌‌باشد.
بیش از هزار مطالعه بر روی رابطه سلامتی علی‌الخصوص میزان سرطان با افزایش فرکانس در حدود 50-60 هرتز که برای انتقال برق استفاده میشود، صورت گرفته است.
این مطالعات بیشتر بر روی کارگرها و یا بچه هایی که در مناطق مسکونی که در معرض خطوط انتقال برق فشار قوی قرار دارند، صورت گرفته است. بیشتر این مطالعات در ایجاد یک رابطه برای پیش بینی آماری بین سرطان و EMFs شکست خورده‌اند. یکی از سختی‌‌های مطالعه در این زمینه، برآورد مقدار EMF می‌‌باشد که توسط فردی که در معرض آن می‌‌باشد دریافت شده است.
زمانی که برق در داخل سیم‌‌‌ها جریان دارد یک میدان مغناطیسی اطراف آن ایجاد میشود. شدت این ناحیه مغناطیسی با توان مرتبه دوم نسبت به مسافت کاهش می‌‌یابد. شدت ناحیه مغناطیسی در زیر سیم‌‌های انتقال برق حدود 300 الی 600 میلی گاوس (mG) می‌‌باشد که این مقدار در فاصله 200 فوت (حدود 61 متری) از سیم دارای بازه‌ای از 10 الی 100 میلی گاوس می‌‌باشد. این شدت در مقایسه با شدت میدان مغناطیسی زمین که تقریبا برابر 450 میلی گاوس می‌‌باشد انجام میگیرد.
تمامی لوازم خانگی مانند سشوار، ماکروویو و تلویزیون یک میدان مغناطیسی تولید میکنند. بازه قدرت این میدان‌‌های مغناطیسی از 1 الی 50 میلی گاوس می‌‌باشد. واضح است که انسان در طول روز در معرض میدان مغناطیسی‌‌های بیشماری قرار میگیرد، بنابراین محاسبه مقدار تشعشعات مغناطیسی که فرد با آن در تماس است در طول روز کار پیچیده‌ای می‌‌باشد.
* دانشجوی کارشناسی‌ارشد مهندسی سیستمهای انرژی
