ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ
ENERGY AND ECOLOGY
Статья поступила в редакцию 30.04.14. Ред. per. № 1990 The article has entered in publishing office 30.04.14. Ed. reg. No. 1990
УДК 621.311.213:504.455:504.064
ВЫБРОСЫ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ С ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС: АНАЛИЗ ОПЫТА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В РОССИИ
В.В. Елистратов, В.И. Масликов, Г.И. Сидоренко, Д.В. Молодцов
Санкт-Петербургский Государственный Политехнический университет НОЦ «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, Тел.: (812) 552-77-71, e-mail: sidorenko@cef.spbstu.ru
Заключение совета рецензентов 05.05.14 Заключение совета экспертов 06.05.14 Принято к публикации 07.05.14
Выполнен анализ исследований выбросов парниковых газов с поверхности водохранилищ мира, показавший неоднозначность оценок влияния водохранилищ на эмиссию парниковых газов в атмосферу. Рекомендовано оценку выбросов парниковых газов с различных водохранилищ проводить по методике "GHG Measurement Guidelines for Freshwater Reservoirs" 2010 г. с целью создания базы данных с результатами стандартизированных измерений. В настоящее время в СПбГПУ разрабатывается программа проведения исследований выбросов парниковых газов в соответствии с методикой IHA на водохранилищах ОАО «РусГидро».
Ключевые слова: парниковые газы, водохранилища, ГЭС, анализ опыта исследований, организация экспериментов.
GREENHOUSE GAS EMISSIONS FROM HYDROELECTRIC RESERVOIRS: ANALYSIS OF RESEARCH EXPERIENCE AND ORGANIZATION OF RESEARCH IN RUSSIA
V.V. Elistratov, V.I. Maslikov, G.I. Sidorenko, D.V. Molodtsov
Saint-Petersburg State Polytechnic University Science and Educational Center «Renewable Energy Sources» 29 Polytechnicheskaya St., St.-Petersburg, 195251, Russia Tel.: +7 (812) 552-77-71, e-mail: sidorenko@cef.spbstu.ru
Referred 05.05.14 Expertise 06.05.14 Accepted 07.05.14
An analysis of greenhouse gas emissions research from reservoir surfaces of the world, which shows ambiguousness of estimates of reservoirs influence on greenhouse gases emissions into the atmosphere, has been made. It is recommended that an assessment of greenhouse gas emissions should be made according to "GHG Measurement Guide lines for Freshwater Reservoirs" of 2010 in order to create a database with the results of standardized measurements. Currently, the program of research in greenhouse gas emissions from "RusHydro" reservoirs is developing in SPbSPU in accordance with the procedure IHA.
Keywords: greenhouse gases, reservoirs, hydropower plants, analysis of research experience, organization of experiments.
Сведения об авторе: профессор кафедры "Гражданское строительство и прикладная экология" Инженерно-строительного института Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, доктор технических наук, Заслуженный эколог РФ.
Область научных интересов: энергетика, охрана окружающей среды. Публикации: более 150.
Владимир Иванович Масликов
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (151) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
Сведения об авторе: старший преподаватель кафедры Гражданское строительство и прикладная экология" Инженерно-строительного института Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Область научных интересов: вторичные возобновляемые источники энергии, охрана окружающей среды. Публикации: более 10.
Дмитрий Владиславович Молодцов
Введение
В настоящее время серьезную озабоченность мирового сообщества вызывают возможные последствия парникового эффекта, негативные воздействия которого на планету постоянно возрастают [1,2]. Основная роль в парниковом эффекте отводится атмосферным парниковым газам, которые по их влиянию на температуру планеты можно расположить в следующем порядке: углекислый газ, метан, фреоны и т.д. [3,4].
На сегодняшний день вклад СО2 в парниковый эффект составляет более 60%, на метан приходится около 20% и примерно 20% на другие парниковые газы. Но при этом молекула СН4 в десятки раз эффективнее поглощает инфракрасное излучение, чем молекула СО2. Главенствующая же роль последнего достигается только тем, что количество молекул СО2 в атмосфере примерно в 200 раз больше, чем метана. Но поскольку концентрация СН4 в индустриальную эпоху росла гораздо быстрее концентрации СО2, очевидно, что при сохранении существующей тенденции уже в недалеком будущем вклад метана в усиление парникового эффекта будет еще более весомым. Каждый процент прироста содержания метана в атмосфере вызывает в ~25 раз больший эффект, чем 1% прироста СО2. Считается, что именно через этот газ можно наиболее эффективно регулировать избыточный парниковый эффект. Эмиссия СН4, на две трети антропогенная, несравненно более доступна для контроля, чем источники СО2. К тому же полный цикл пребывания молекулы метана в атмосфере (8-12 лет) во много раз короче аналогичного для молекулы углекислого газа, а значит, результатов регулирования не придется ждать десятилетиями [5].
Основными источниками поступления метана в атмосферу (около 60% общей эмиссии) являются водоемы (болота, озера и т.д.), крупный рогатый скот и рисовые поля. Наиболее сложным из источников для контроля и теоретического описания метанового цикла являются водоемы. В основном образование метана происходит в донных осадках водоемов, его дальнейшая эмиссия в атмосферу осуществляется тремя путями: посредством молекулярной диффузии, пузырьками и через растения. Так как наряду с эмиссией в водоемах существует потребление метана метанотрофными бактериями, то для его результирующего выделения в атмосферу важен механизм транспорта в водной среде.
Традиционно гидроэнергетика считалась источником энергии, не загрязняющим атмосферу. В последние несколько десятилетий остро обсуждается вопрос выбросов парниковых газов в атмосферу с поверхности водохранилищ. Особое внимание к водохранилищам как источникам парниковых газов вызвано тем, что они задерживают выносимый реками органический углерод. В обычных условиях без водохранилищ этот органический углерод был бы водными потоками вынесен в океан, где поглощен водными организмами и депонирован глубоко на дне практически на века. В водохранилищах масса органического вещества разлагается в течение короткого времени, при этом выделяются парниковые газы, за счет этого круговорот парниковых газов резко ускоряется.
Мировой опыт оценки выбросов парниковых газов
За рубежом первые работы по эмиссии парниковых газов из водохранилищ были проведены в середине 90-х годов прошлого века в Канаде [6,7]. Вскоре после этого были опубликованы первые результаты исследований по эмиссии парниковых газов из водохранилищ Бразилии [8,9]. В них были приведены данные о том, что выбросы парниковых газов с водохранилищ сопоставимы с выбросами тепловых станций на ископаемом топливе при пересчете на 1 кВтч вырабатываемой электроэнергии. Первое время результаты этих исследований воспринимались скептически, однако вскоре ряд крупных компаний (Hydro-Québec и др.) проявили к ним интерес и начали финансировать исследования по оценке эмиссии парниковых газов от водохранилищ ГЭС. С 2000 г. резко возросло количество подобных исследований, и было опубликовано большое количество статей и ряд монографий по эмиссии парниковых газов с водохранилищ, расположенных в различных регионах мира. По материалам исследований развернулась дискуссия, так как в них приводились противоречивые данные, в частности, доля водохранилищ в выбросах парниковых газов оценивалась от 1 до 28% от всех источников [10,11]. Энергетическими компаниями финансировались лишь те исследования, в которых, как правило, приводились данные о незначительном вкладе водохранилищ ГЭС в выбросы парниковых газов.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (151) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
Неопределенность в вопросе парникового эффекта водохранилищ ГЭС привела к тому, что Межправительственной группой экспертов по изменению климата (IPCC) в 2006 г. была признана необходимость проведения дополнительных исследований по оценке выбросов парниковых газов (особенно метана) с водохранилищ ГЭС. Исполнительным советом Механизма чистого развития (Clean Development Mechanism Executive Board) было принято решение о том, что до выявления реальной картины по эмиссии парниковых газов с крупных водохранилищ проекты ГЭС с крупными водохранилищами не попадают под механизм киотского протокола по продаже углеродных квот [12].
О серьезности проблемы парниковых газов с водохранилищ ГЭС свидетельствует тот факт, что на третьем международном форуме по плотинам, проходившем в 2010 г. в Мексике, среди вопросов влияния сооружений больших водохранилищ на окружающую среду особое внимание уделялось данной проблеме. Многочисленными независимыми специалистами были проведены исследования и измерения выбросов парниковых газов (в том числе СО2) на более чем 100 искусственных водоемах и водохранилищах больших ГЭС, в основном расположенных в Северной Америке и Бразилии [13]. Исследования по оценке баланса парниковых газов для систем с естественной или искусственной свободной поверхностью были выполнены в 24 странах [14]. Основные результаты этих исследований можно сформулировать следующим образом.
1. На всех водохранилищах зафиксированы выбросы парниковых газов - метана (СН4) и углекислого газа (СО2), в некоторых случаях и закиси азота (N2O). Закись азота фиксируется, в частности, в водохранилищах тропических регионов с большими временно затапливаемыми зонами [15]. На рис. 1 представлена схема образования парниковых газов и основные пути их поступления в атмосферу. Газы образуются при анаэробном разложении органического вещества, содержащегося в воде и донных отложениях. Основными источниками этого углерода являются затопленные растительность и почва, поступающие с водосбора органические вещества естественных экосистем или сточных вод, отмирающие планктон, водные растения и др. Частично происходит поглощение углерода - за счет фотосинтеза планктона и во
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.