Задача светотехники — сохранение окружающей среды

Выбросы диоксида углерода в атмосферу при выработке электроэнергии

Стоимость электроэнергии, затрачиваемой на все виды освещения во всем мире, составляет около 230 млрд. долларов в год, из которых 100—135 млрд. долларов могут быть сэкономлены за счет современных технологий. Примерно 70% этой экономии приходится на долю электроосвещения, а оставшиеся 30% — на долю керосиновых ламп в развивающихся странах.

Сэкономленная электроэнергия эквивалентна мощности, вырабатываемой от 240 до 385 электростанций мощностью 400-106 Вт, а экономия в керосиновом освещении эквивалентна выработке 0,27 млн. т нефти в день. Соответственно, выделение парникового газа за счет освещения составляет около 15% от его всемирного выделения.

На рисунке приведены данные различных стран о выбросах электростанциями в атмосферу диоксида углерода, при этом от 10 до 20% этих выбросов связаны с электроэнергией, расходуемой в осветительных установках.

Рассмотренные меры энергоаудита являются существенным шагом к уменьшению выбросов вредных веществ в атмосферу и к снижению риска, связанного с изменением климата.

По оценкам исследователей Великобритании и США, эмиссия вредных веществ составляет:

  • СO2 — 800-1030 г/кВт,
  • SO2 — 5,32-10,0 г/кВт,
  • NO2 — 3,4-3,51 г/кВт.

Зависимость по годам прогнозируемого снижения выбросов углерода в млн. т

На рисунке приведена зависимость по годам прогнозируемого снижения выбросов углерода в Великобритании. Снижение выбросов углерода с 19 до 16 млн. т возможно за счет ламп, балластов, проектирования, контроля и ограничения искусственного света в дневное время. Чтобы снизить выбросы до 13 млн. т, необходимо улучшенное проектирование, более интенсивное использование дневного освещения, отработка систем управления, новые источники света. Для достижения 9 млн. т необходимо использовать новые источники света и «чистые» источники энергии.

Использование фотопреобразователей в целях освещения может дать существенный энергетический эффект без ущерба окружающей среде. Так. к примеру, в условиях Польши энергия, получаемая солнечной батареей площадью 1 м², расположенной оптимальным образом, составляет 1130 кВт ч в год. Общий КПД системы с такой батареей составляет от 6 до 10%, т.е. с одного квадратного метра можно получить 73,5 кВт ч со средней мощностью 16,7 Вт. Эквивалентная энергия, которая может быть получена таким образом на здании объемом 600 м2 с солнечной батареей площадью 50 м², составляет 3,6 МВт ч. Общий годовой расход электроэнергии в таком здании составляет около 3,0 МВт ч, т.е. такое здание можно считать самообеспечивающимся с точки зрения электрической энергии. Однако в отношении стоимости эта система весьма проблематична, так как ее цена достигает 700 долларов за 1 м², а для рассматриваемого здания объемом 600 м2 составляет 35000 долларов. Допустим, что в Польше имеется не менее миллиона таких зданий. Тогда таким способом можно получить 3,6 ТВт ч электроэнергии и снизить расход каменного угля на 0,9 млн. тонн.

Рассматривая воздействие искусственного освещения на окружающую обстановку, можно выделить три аспекта: энергопотребление, световое загрязнение и образование отходов производства.

Энергопотребление воздействует на окружающую среду посредством:

  • расхода не восстанавливаемых природных ресурсов;
  • распространения загрязнения;
  • деградации растительного и животного мира.

Темпы роста производства электроэнергииПроизводство электроэнергии растет без существенного роста эффективности энергопотребления. Следует отметить, что реальная энергоэффективность оборудования для искусственного освещения далека от своего потенциально возможного уровня. Примером может служить использование ламп накаливания, световая отдача которых около 10—15% по сравнению с другими источниками света, а их доля на рынке составляет до 80%.

Световое загрязнение. Искусственный свет, кроме своего прямого назначения, оказывает ряд вредных действий:

  • вторгается в естественные пространства и изменяет условия окружающей среды, в которой находятся живые существа, воздействует на привычные условия питания, воспроизводства, миграции и т.д., создавая соответствующую опасность для экологического баланса;
  • увеличивает яркость ночного неба, снижая контраст и затрудняя наблюдение звезд, как в научных, так и в чисто познавательных целях;
  • разрушает привычки людей, создавая трудности для ночного отдыха.

Вид ночной Европы из космоса

На рисунке показана карта ночного вида Европы из космоса. Отчетливо видны «очаги» светового загрязнения — крупные города, густонаселенные регионы. Ограничение ночной засветки небосклона возможно путем использования для наружного освещения светильников с уменьшенной долей светового потока в верхнюю полусферу.

Отходы производства. Здесь можно выделить два аспекта:

  • вредные для окружающей среды материалы (ртуть, стронций, свинец и т.д.), входящие в состав источников света. Кроме того, так как источники не являются длительно работающими элементами оборудования, их частая замена увеличивает производимые отходы;
  • увеличивающееся потребление балластов и других электронных элементов создает свои специфические проблемы. Переработка этих отходов сложна и дорога. В то же время следует отметить заметные усилия промышленности в направлении снижения количества этих компонентов в составе продукции.

Серьезной проблемой эксплуатации осветительных установок является утилизация вышедших из строя комплектующих изделий. Наиболее часто выходят из строя источники света. Способы утилизации ртутьсодержащих ламп весьма дороги.

Современное осветительное оборудование, кроме источников света, содержит мало материалов, которые можно считать опасными. В данном случае главной заботой является повторное использование материалов.

Европейский парламент ратифицировал директивы по утилизации отходов. Суть директив состоит в защите окружающей среды. Светильники с люминисцентными лампами упоминаются в директивах особо. Основным требованием является демонтаж, а также повторное использование балластов. Директивы требуют значительного расширения технической конструкторской документации, в которой должно быть предусмотрено:

  • повторное использование высокоэффективных компонентов (например, высокочастотных электронных балластов);
  • ограничение применения любых сопряженных с риском материалов (во время производства, использования и утилизации);
  • снижение до минимума веса изделия и упаковки;
  •  обеспечение легкой сортировки и обработки вышедших из строя изделий;
  • повышение энергетической эффективности применяемой техники.

Необходимо, чтобы на всех этапах производства, использования и утилизации изделий окружающей среде был нанесен минимальный ущерб.

Таким образом, энергосбережение и сохранение окружающей среды являются важнейшими факторами развития светотехнической науки, техники и производства.