Удаляемые из топки зола и шлак образуют золошлакоотвалы на поверхности литосферы. В паропроводах от парогенератора к турбогенератору, в самом турбогенераторе происходит потеря тепла в окружающую среду. В конденсаторе, а также в системе регенеративного подогрева питательной воды теплота конденсации и переохлаждения конденсата воспринимается охлаждаемой водой внешнего водоема.
Кроме конденсаторов турбогенераторов,потребителями охлаждающей воды являются маслоохладители, системы смыва золы и шлака и другие вспомогательные системы, выделяющие сливы на поверхность воды или в гидросферу.
Одним из факторов воздействия угольных станций на окружающую среду являются выбросы систем складирования топлива, его транспортировки, пылеприготовления и золоудаления. При транспортировке и складировании возможны не только пылевое загрязнение, но и выделения продуктов окисления топлива на складах.
Распространение перечисленных выбросов в атмосферу зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Так, крупные градирни в системе охлаждения конденсаторов электростанций существенно увлажняют микроклимат в районе станций, способствуют образованию низкой облачности, туманов, снижению солнечной освещенности, вызывают моросящие дожди, а в зимнее время - иней и гололед. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия станций на атмосферу является всё возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива.
Взаимодействие тепловой станции с гидросферой характеризуется в основном потреблением воды системами технического водоснабжения, в том числе безвозвратным потреблением воды.
Основными потребителями воды на ТЭС и АЭС являются конденсаторы турбин. Расход воды зависит от начальных и конечных параметров пара и от системы технического водоснабжения.
При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов образуются разбавленные растворы соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.
Основными факторами воздействия ТЭС на гидросферу являются выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: локальное постоянное повышение температуры в водоеме; временное общее повышение температуры; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределения осадков, испарений, туманов. Наряду с нарушением климата тепловые выбросы приводят к зарастанию водоемов водорослями, нарушению кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.
Основными факторами воздействия ТЭС на литосферу является осаждение на её поверхности твердых частиц и жидких растворов - продуктов выбросов в атмосферу, потребление ресурсов литосферы, в т.ч. вырубка лесов, добыча топлива, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель и лугов под строительство ТЭС и для устройства золоотвалов. Следствием этих преобразований является изменение ландшафта.
При нормальной эксплуатации АЭС дают значительно меньше вредных выбросов в атмосферу, чем ТЭС, работающие на органическом топливе. Так, работа АЭС не влияет на содержание кислорода и углеродного газа в атмосфере, не меняет её химического состояния.
Основными факторами загрязнения окружающей среды здесь выступают радиационные показатели. Радиоактивность контура ядерного реактора обусловлена активизацией продуктов коррозии и проникновением продуктов деления в теплоноситель, а также наличием трития. Наведенной активности подвергаются практически все вещества, взаимодействующие с радиоактивными излучениями. Прямой выход радиоактивных отходов ядерных реакций в окружающую среду предотвращается многоступенчатой системой радиационной защиты. Наибольшую опасность представляют аварии на АЭС и неконтролируемое распространение радиации.Вторая проблема эксплуатации АЭС - тепловое загрязнение. Основное тепловыделение АЭС в окружающую среду, как и на ТЭС, происходит в конденсаторах паротурбинных установок. Однако большие удельные расходы пара у АЭС определяют
и большие удельные расходы воды. Сбросы охлаждающей воды ядерных энергетических установок не исключают их радиационного воздействия на водную среду, в частности, поступления радионуклидов в гидросферу.
Важными особенностями возможного воздействия АЭС на окружающую среду являются переработка"радиоактивных отходов, которые образуются не только на АЭС, но и на всех предприятиях топливного цикла, а также необходимость демонтажа и захоронения элементов оборудования, обладающих радиоактивностью.
ГЭС оказывают существенное влияние на природную среду, которое проявляется как в период строительства, так и при эксплуатации. Сооружение водохранилищ перед плотинами ГЭС приводит к затоплению территорий. Изменение гидрологического режима и затопление территорий вызывают изменения гидрохимического, гидробиологического и гидрогеологического режимов водных масс. При интенсивном испарении влаги с поверхности водохранилищ возможны локальные изменения климата: повышение влажности воздуха, образование туманов, усиление ветров и т.п.
Сооружения ГЭС существенно влияют на ледовый режим водных масс: на сроки ледостава, толщину ледяного покрова и т.п.
При сооружении крупных водохранилищ ГЭС создаются условия для развития сейсмической активности, что обусловлено возникновением дополнительной нагрузки на земную кору и интенсификацией тектонических процессов.
Чем потенциально опасны атомные электростанции?
Воздействие АЭС на окружающую среду при соблюдении технологии строительства и эксплуатации может и должно быть значительно меньше, чем других технологических объектов: химических предприятий, ТЭЦ. Однако радиация в случае аварии – один из опасных факторов для экологии, человеческой жизни и здоровья. В этом случае выбросы приравниваются к возникающим при испытании ядерного оружия.
Каково воздействие АЭС в нормальных и нештатных условиях, можно ли предотвратить катастрофы и какие меры принимаются для обеспечения безопасности на ядерных объектах?
Развитие и значение атомных электростанций
Первые исследования по ядерной энергетике пришлись на 1890-е гг., а строительство крупных объектов началось с 1954 г. Атомные электростанции возводятся для получения энергии путем радиоактивного распада в реакторе.
Сейчас используются такие типы реакторов третьего поколения:
- легководные (наиболее распространенные);
- тяжеловодные;
- газоохлаждаемые;
- быстро-нейтронные.
В период с 1960 г. по 2008 г. в мире были введены в работу около 540 атомных реакторов. Из них около 100 закрылись по разным мотивам, в том числе из-за негативного воздействия АЭС на природу. До 1960 г. реакторы отличались высоким показателем аварийности из-за технологического несовершенства и недостаточной проработки регулирующей нормативной базы. В следующие годы требования ужесточались, а технологии совершенствовались. На фоне уменьшения запасов природных энергоресурсов, высокой энергоэффективности урана строились более безопасные и оказывающее меньшее негативное воздействие АЭС.
Для плановой работы атомных объектов добывается урановая руда, из которой обогащением получается радиоактивный уран. В реакторах вырабатывается плутоний – самое токсичное из существующих веществ, полученных человеком. Обработка, транспортировка и захоронение отходов деятельности АЭС требует тщательных мер предосторожности и безопасности.
Факторы воздействия АЭС на окружающий мир
Наряду с прочими промышленными комплексами атомные электростанции оказывают воздействие на природную среду и человеческую жизнедеятельность. В практике использования энергетических объектов нет на 100% надежных систем. Анализ воздействия АЭС проводится с учетом возможных последующих рисков и ожидаемой пользы.
При этом совершенно безопасной энергетики не существует. Воздействие АЭС на окружающую среду начинается с момента возведения, продолжается при эксплуатации и даже по ее окончании. На территории расположения станции по выработке электроэнергии и за ее пределами следует предусматривать возникновение таких негативных влияний:
- Изъятие земельного участка под строительство и обустройство санитарных зон.
- Изменение рельефа местности.
- Уничтожение растительности из-за строительства.
- Загрязнение атмосферы при необходимости взрывных работ.
- Переселение местных жителей на другие территории.
- Вред популяциям местных животных.
- Тепловое загрязнение, влияющее микроклимат территории.
- Изменение условий пользования землей и природными ресурсами на определенной территории.
- Химическое воздействие АЭС – выбросы в водные бассейны, атмосферу и на поверхности почв.
- Загрязнение радионуклидами, которое может вызвать необратимые изменения в организмах людей и животных.Радиоактивные вещества могут попадать в организм с воздухом, водой и пищей. Против этого и других факторов существуют специальные превентивные меры.
- Ионизирующее излучение при выводе станции из эксплуатации с нарушением правил демонтажа и дезактивации.
Один из самых значительных загрязняющих факторов – тепловое воздействие АЭС, возникающее при функционировании градирен, охлаждающих систем и брызгальных бассейнов. Они влияют на микроклимат, состояние вод, жизнь флоры и фауны в радиусе нескольких километров от объекта. КПД атомных электростанций составляет около 33-35%, остальное тепло (65-67%) выделяется в атмосферу.
На территории санитарной зоны в результате воздействия АЭС, в частности водоемов-охладителей, выделяются тепло и влага, вызывая повышение температуры на 1-1,5° в радиусе нескольких сот метров. В теплое время года над водоемами образуются туманы, которые рассеиваются на значительное удаление, ухудшая инсоляцию и ускоряя разрушение зданий. При холодной погоде туманы усиливают гололедные явления. Брызговые устройства вызывают еще большее повышение температуры в радиусе нескольких километров.
Охлаждающие воду испарительные башни-градирни испаряют летом до 15%, а зимой до 1-2% воды, формируя пароконденсатные факелы, вызывая на 30-50% уменьшение солнечного освещения на прилегающей территории, ухудшая метеорологическую видимость на 0,5-4 км. Воздействие АЭС сказывается на экологическом состоянии и гидрохимическом составе воды прилегающих водоемов. После испарения воды из охладительных систем в последних остаются соли. Для сохранения стабильного солевого баланса часть жесткой воды приходится сбрасывать, заменяя ее свежей.
В нормальных условиях эксплуатации радиационное заражение и влияние ионизирующего излучения сведены к минимуму и не превышают допустимый природный фон. Катастрофическое воздействие АЭС на окружающую среду и людей может возникнуть при авариях и утечках.
Возможные техногенные воздействия АЭС
Не стоит забывать про техногенные риски, возможные в атомной энергетике. Среди них:
- Внештатные ситуации с хранением ядерных отработанных веществ. Производство радиоактивных отходов, происходящее на всех этапах топливно-энергетического цикла, требует дорогостоящих и сложных процедур переработки и захоронения.
- Так называемый «человеческий фактор», который может спровоцировать сбой в работе и даже серьезную аварию.
- Утечки на предприятиях, перерабатывающих облученное топливо.
- Возможный ядерный терроризм.
Нормативный срок функционирования АЭС составляет 30 лет. После вывода станции из эксплуатации требуется сооружение прочного, сложного и дорогостоящего саркофага, который придется обслуживать еще очень длительный промежуток времени.
Защита от негативных влияний, их контроль
Предполагается, что воздействие АЭС в виде всех перечисленных выше факторов должно контролироваться на каждом этапе проектирования и эксплуатации станции.Специальные комплексные меры призваны спрогнозировать и предотвратить выбросы, аварии и их развитие, минимизировать последствия.
Важно уметь прогнозировать геодинамические процессы на территории станции, нормировать электромагнитные излучение и шум, воздействующие на персонал. Для размещения энергетического комплекса участок выбирается после тщательного геологического и гидрогеологического обоснования, проводится анализ его тектонического строения. При строительстве предполагается тщательное соблюдение технологической последовательности работ.
Задача науки, обслуживающей и практической деятельности – не допустить чрезвычайных ситуаций, создать нормальные условия для эксплуатации атомных станций. Одним из факторов экозащиты от воздействия АЭС является нормирование показателей, то есть установление допустимых значений того или иного риска и следование им.
Для минимизации воздействия АЭС на окружающую территорию, природные ресурсы и людей проводится комплексный радиоэкологический мониторинг. Чтобы отвратить ошибочные действия работников электростанции, осуществляется многоуровневая подготовка, занятия на учебных тренажерах и другие мероприятия. Для предотвращения террористических угроз применяются физические защитные меры, а также ведется деятельность специальных государственных организаций.
Современные атомные станции создаются с высокими показателями защищенности и безопасности. Они должны соответствовать высочайшим требованиям надзорных органов, включая защиту от загрязнения радионуклидами и другими вредными веществами. Задача науки – снизить риск воздействия АЭС в результате аварии. Для ее решения проводится разработка более безопасных по конструкции реакторов, имеющих внушительные внутренние показатели самозащиты и самокомпенсации.
Насколько безопасно воздействие АЭС на окружающий мир?
В природе существует естественная радиация. Но для экологии опасно интенсивное радиационное воздействие АЭС в случае аварии, а также тепловое, химическое и механическое. Также весьма актуальна проблема с утилизацией ядерных отходов. Для безопасного существования биосферы нужны особые защитные меры и средства. Отношение к строительству атомных электростанций в мире крайне неоднозначно, особенно после ряда крупных катастроф на ядерных объектах.
Восприятие и оценка атомной энергетики в обществе никогда не будут прежними после Чернобыльской трагедии, произошедшей в 1986 году. Тогда в атмосферу попало до 450 разновидностей радионуклидов, включая короткоживущий йод-131 и долгоживущие цезий-131, стронций-90.
После аварии некоторые исследовательские программы в разных странах были закрыты, нормально функционирующие реакторы превентивно прекратили свое действие, а отдельные государства ввели мораторий на ядерную энергетику. Вместе с тем около 16% электроэнергии в мире вырабатывается с помощью АЭС. Заменить атомные электростанции способно развитие альтернативных источников энергии.
Как влияет энергетика на окружающую среду?
Защита окружающей человека среды, как это всем хорошо известно, - одна из важнейших глобальных проблем. Мы остановимся только на той части проблемы, которая связана с электростанциями. Воздействие на окружающую среду различных типов электростанций (ТЭС, ГЭС, АЭС) различно, и поэтому рассмотрим каждый из этих трех случаев отдельно.
Пожалуй, наибольшее отрицательное воздействие на окружающую среду в настоящее время оказывают ТЭС. Их воздействие заключается в загрязнении атмосферы мелкими твердыми частицами золы (Так как большинство ТЭС использует в качестве топлива мелкоизмельченный (в специальных мельницах) уголь, унос мелких частиц несгоревшего угля ничтожен; коэффициент избытка воздуха в топке всегда больше единицы (примерно на 20%). )и особенно выбросами с уходящими газами окислов серы (если, конечно, сера содержится в топливе, что бывает сплошь и рядом) и окислов азота.
Что касается выбросов мелких частиц золы, то для борьбы с этим злом налажен массовый выпуск фильтров с КПД 95 - 99%. Можно было бы считать этот вопрос решенным, если бы на многих электростанциях, работающих на угле, фильтры не находились бы в столь безобразном состоянии, что их КПД снижается до 80% и даже еще более. Но это уже вопрос порядка, дисциплины.
С выбросами окислов серы и азота дело обстоит гораздо сложнее (Окислы серы возникают при сжигании любого топлива (угля, мазута, природного газа), если в нем содержится сера; окислы азота образуются при сжигании любого топлива тем в большем количестве, чем выше температура. ). До настоящего времени не создано эффективно действующих и дешевых фильтров. Однако необходимо отметить, что работа по созданию таких фильтров ведется энергично, и, нужно думать, она будет успешно завершена к 2000 г., а может быть, и ранее. Пока что для избежания предельных концентраций SO X и NO 2 в местах расположения электростанций строятся высокие выхлопные трубы - до 320 - 350 м.
Следует заметить, что окислы углерода, когда речь идет о тепловых электростанциях, не создают сколько-нибудь серьезных затруднений. Продукт неполного сгорания углерода СО, вредно действующий на людей даже в малых концентрациях, в продуктах сгорания ТЭС практически отсутствует. Как уже говорилось выше, причиной этого является большой избыток воздуха.
Выбросы углекислого газа СО 2 , который независимо от человеческой деятельности входит в состав атмосферы в количестве около 0,03% по объему, обращают на себя внимание главным образом с точки зрения увеличения так называемого парникового эффекта атмосферы и связанного с этим возможного повышения температуры атмосферы. Сущность парникового эффекта в том, что атмосфера Земли прозрачна для основной части излучения Солнца (в оптическом диапазоне). В атмосфере Земли излучение поглощается молекулами СО 2 , Н 2 О и другими, именно поэтому увеличение углекислоты в атмосфере Земли может привести к повышению ее (атмосферы) температуры.
К повышению температуры атмосферы и поверхности Земли может привести также увеличение производства и потребления энергии. Необходимо помнить, что вся произведенная энергия, согласно второму началу термодинамики, в конце концов превратится в тепло.
Все эти рассуждения о росте температуры атмосферы и поверхности Земли были, однако, поколеблены проведенными наблюдениями. С начала XX в. до 40-х годов среднегодовая температура повысилась приблизительно на 0,7° С, а площадь арктических льдов уменьшилась на 10%. Объясняли это увеличением концентрации СО 2 в атмосфере и ростом производства и потребления энергии.
Но за последующие приблизительно 30 лет, несмотря на рост выбросов СО 2 в 2 раза к продолжающееся увеличение производства и потребления энергии, происходило и продолжает происходить снижение температуры, которая может скоро приблизиться к уровню конца XIX в.
Что все это означает? Только то, что мы еще плохо знаем описываемые процессы. Многие считают, что до сих пор не принималось во внимание значение аэрозолей - находящихся во взвешенном состоянии мельчайших твердых частиц и капель жидкости. Рассмотрение этой гипотезы ведется.
Что касается жидкой фазы (рек, озер, прудов), то ТЭС сколько-нибудь существенно их не загрязняют. Надо только внимательно следить, чтобы нагрев воды, например пруда, не превысил допустимых пределов. В случае чего всегда есть запасной вариант - градирня. Умеренный нагрев пруда может быть даже полезным - содействовать рыбному хозяйству.
Разговор о воздействии ТЭС на окружающую среду можно было бы считать на этом исчерпанным. Но нам хочется, несколько выходя за рамки установленной программы, поставить такой вопрос: какие источники загрязнения наиболее существенны для атмосферы?
Для развитых стран, особенно для больших городов, это автомобиль. В ФРГ, например, на долю ТЭС приходится около 25% всего используемого топлива, а на долю автомобилей - около 12%. В то же время в загрязнении воздушной среды на долю ТЭС приходится примерно 9% (это, конечно, немало, но, как сказано выше, есть реальные возможности резкого снижения этой цифры), а на долю автомобилей 50%.
Дело заключается в том, что в автомобилях (с карбюраторными двигателями) плохо сжигается топливо. Автомобили имеют, в частности, в отработавших продуктах сгорания много СО и NO x .
Вслед за автомобилями большое загрязнение атмосферы приносят отопительные (особенно нецентрализованные) установки, а также выхлопные газы предприятий.
Промышленные предприятия (особенно целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, цветной металлургии и некоторые другие) - главные загрязнители водных объектов. Поэтому особо большое внимание должно уделяться очистным сооружениям. Кардинальное решение проблемы - создание предприятий с использованием воды в замкнутом контуре. Переходим теперь к ГЭС. Всего несколько десятилетий назад широкое распространение получила неправильная точка зрения о том, что ГЭС якобы не могут отрицательно влиять на окружающую среду. К сожалению, как об этом говорилось выше, дело обстоит не так.
На вопрос о том, можно ли сказать, что ГЭС настолько отрицательно влияют на окружающую среду, что их не надо строить вовсе, или, наоборот, влияние ГЭС на окружающую среду настолько мало, что их ничтоже сумняшеся можно строить дальше, единого ответа дать нельзя. В некоторых конкретных случаях их строить можно и должно, а в некоторых - нет.
В наибольшей мере объективный ответ на этот вопрос зависит от характеристики будущего водохранилища. Поэтому, повторяем, ответ о целесообразности строительства каждой конкретной ГЭС должен рассматриваться самостоятельно. К важнейшим характеристикам водохранилища относятся: размер зеркала водохранилищ, наличие в водохранилищах мелководий, влияние водохранилищ на местный климат, состояние почв и растительности, а также на рыбное хозяйство и водный (речной) транспорт.
Нельзя дать каких-либо твердых цифровых показателей типа: если на тысячу установленных киловатт ГЭС приходится не более n квадратных километров зеркала водохранилища, то ГЭС строить можно, а если больше, то - нет. Надо, конечно, учитывать, насколько ценные земли (главным образом с точки зрения сельского хозяйства) будут затоплены.
Большим бедствием являются водохранилища, большую часть которых составляют мелководья. Возникают они в случаях, когда плотины ГЭС сооружаются в равнинной местности, например волжские ГЭС. Вода мелководий интенсивно прогревается солнцем, что создает благоприятные условия для развития сине-зеленых водорослей. Они в большинстве случаев не используются и, разрастаясь, гниют, заражают воду и атмосферу.
Важен также учет интересов речного судоходства. В принципе сооружение ГЭС оказывает двоякое воздействие на судоходство: повышение глубины реки в верхнем бьефе, что для судоходства выгодно, и необходимость (при сквозном движении судов) сооружения шлюзов, что влечет за собой дополнительные капиталовложения.
Два обстоятельства главным образом влияют на рыбное хозяйство. Во-первых, это касается так называемых проходных рыб, совершающих в период нереста миграцию из морей в реки, например из Каспийского моря в Волгу. Воздвижение плотин на пути их миграции может привести к ликвидации очень денных проходных рыб. Попытки создать специальные устройства для миграции проходных рыб пока к успеху не привели.
Во-вторых, дело заключается и в том, что уровень воды в реках, на которых построены плотины ГЭС, подвержен колебаниям, определяемым электрической загрузкой ГЭС и, следовательно, количеством воды, которая должна протекать через ее турбины. Нередки случаи, когда выметанная рыбами икра вблизи поверхности реки гибнет (засыхает) вследствие понижения уровня воды.
Вопросы безопасности ядерных реакторов были рассмотрены выше. Здесь нам остается добавить очень немного. Реакторы ВВР второго поколения, о которых также уже говорилось, должны обладать так называемой внутренней безопасностью.
Это значит, если возникнет аварийная ситуация, а эксплуатационный персонал произведет неправильные действия, реактор все равно остановится.
женская одежда оптом от производителя больших размеров
На долю ТЭС в России приходится 16 % общего объёма загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий и транспорта.
Начиная с 1996 г. ЭК согласуют свою деятельность с "Экологической программой развития электроэнергетики до 2005 г." В основе этого основополагающего документа лежит задача постепенного сокращения выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в окружающую природную среду даже при условии восстановления к 2010 г. масштабов производства электрической и тепловой энергии до уровня 1990 г. В ходе разработки этой программы принимались во внимание также обязательства России, взятые ею на себя при подписании международных конвенций по уменьшению трансграничного переноса диоксида серы и стабилизации к 2010 г. эмиссии диоксида углерода на уровне 1990 г.
С экологической точки зрения ТЭС, играющие доминирующую роль в производстве электроэнергии (более 60 %), представляют собой объекты, длительно воздействующие на атмосферу выбросами продуктов сгорания топлива.
В 1997 г. сохранилась положительная тенденция уменьшения выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от ТЭС за счёт благоприятного с экологической точки зрения топливного баланса (доля природного газа в котором увеличилась с 61,5 до 62,9 % за счёт вытеснения твердого и жидкого топлива), а также проведения на ТЭС реконструктивных и технологических мероприятий, направленных на подавление образования оксидов азота и повышение эффективности золоулавливающих установок.
Как показывают приведенные ниже данные, за 1990–1997 гг. имело место существенное снижение эмиссии основных загрязнений атмосферы за счёт работы ТЭС:
Твердых частиц – на 49,1 %;
Оксидов азота – на 33,1 %;
Диоксида серы – на 43,2 %.
Заметим, однако, что за тот же период производство электроэнергии и теплоты на ТЭС снизилось на 34,2 %.
В перспективе намечается дальнейшее снижение вредных выбросов ТЭС в атмосферу, что должно обеспечить их снижение за 1990-2005 гг. до следующих уровней:
Твердых частиц – на 31,4 %;
Оксидов азота – на 12,8 %;
Диоксида серы – на 11 %.
Заметим, что наряду с мероприятиями по уменьшению вредных выбросов на ТЭС большие резервы имеются также в области энергосбережения, потенциал которого оценивается в 400 млн. т условного топлива.
ТЭС уничтожают невосполнимые запасы органического топлива, при сжигании которого образуются: шлак, пепел, сернистый ангидрид, углекислый газ, которые непосредственно загрязняют окружающую среду и влияют на потепление климата земли.
Как было ранее указано, ТЭС производится основная часть вырабатываемой электрической энергии, поэтому усовершенствованию технологических процессов сжигания топлива на ТЭС уделяется особое внимание с целью снижения отрицательного их воздействия на окружающую среду.
Воздействие ТЭС на ОС зависит и от используемого топлива. Виды топлива: твёрдое (угль, горючие сланцы), жидкое (мазут, дизельное и газотурбинное топливо) и газообразное (природный газ).
В ТЭС использующих уголь, а это топливо с высоким содержанием сернистых соединений, образующийся сернистый газ в конечном итоге превращается при взаимодействии с парами воды воздуха в стойкую серную кислоту, которая представляет угрозу здоровью человека, водоемам, и вызывает активную коррозию металлических сооружении в близлежащих районах.
Защита атмосферы от основного источника загрязнения ТЭС – сернистого ангидрида – осуществляется, прежде всего, путём его рассеивания в более высоких слоях воздушного бассейна. Для этого сооружаются дымовые трубы высотой 180, 250 и даже 320 м. Более радикальное средство сокращения выбросов сернистого ангидрида – выделение серы из топлива до его сжигания. В настоящее время существуют в основном два способа предварительной обработки топлива для снижения содержания серы, которые могут быть рекомендованы к промышленному использованию. Первый способ – химическая адсорбция, второй – каталитическое окисление. Оба способа позволяют улавливать до 90 % сернистого ангидрида.
При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола с частицами не догоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, окислы азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе Донецкого угля в незначительных количествах содержится мышьяк, а в золе Экибастузского – свободная двуокись кремния, в золе сланцев и углей Канско-Ачинского бассейна – свободная окись кальция.
При сжигании жидкого топлива (мазута) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают: сернистый и серный ангидриды, окислы азота, газообразные и твердые продукты неполного сгорания топлива, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологической позиции жидкое топливо является более «гигиеничным» по сравнению с твёрдым топливом. Отпадает проблема отвалов золы, которые занимают значительные территории, и не только исключают их из полезного использования, но и являются источником постоянных загрязнении атмосферы в районе станции из-за уносов части золы с ветрами. Кроме того, в продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола. Однако доля использования жидкого топлива в энергетике за последние годы существенно снижается. Это связано с использованием жидкого топлива в других областях народного хозяйства: на транспорте, в химической промышленности, в том числе в производстве пластмасс, смазочных материалов, предметов бытовой химии и т.д.
При сжигании природного газа существенным загрязнителем атмосферы являются окислы азота. Однако при этом выброс окислов азота в среднем на 20 % ниже, чем при сжигании угля. Это объясняется не только свойствами самого топлива, но и особенностями процессов его сжигания. Таким образом, природный газ сегодня – наиболее экологически чистый вид энергетического топлива. Применение газообразного топлива на ТЭС, особенно в случае их работы в теплофикационном режиме в пределах крупных городов, в последнее время возрастает. Однако природный газ – ценное технологическое сырье для многих отраслей химической промышленности. На поставках природного газа полностью основывается, например, производство азотных удобрений в стране.
Однако снабжение газом энергетических установок связано с трудностью складирования газообразного топлива. Ведь надёжность топливоснабжения станции полностью зависит от расходных характеристик питающего станцию газопровода. Расходные характеристики газопровода имеют сезонные, месячные, недельные и часовые неравномерности потребления. Как и в энергосистемах, где имеются ярко выраженные «провалы» и «пики» электропотребления, колебания наблюдаются и в газоснабжающей системе. Причем «пики» и «провалы» в графике электро- и газоснабжающих систем совпадают во времени, что отрицательно сказывается на топливоснабжении, т.е. в то время, когда резко возрастает потребность в электроэнергии и необходимо пустить дополнительные пиковые, например газотурбинные энергоустановки (ГТУ), в газовой магистрали отсутствуют требуемые расходы газа. При отсутствии газа в магистрали можно используют дублирующий вид топлива – жидкое топливо. Использование твёрдого топлива, в качестве дублирующего, не целесообразно из-за иной конструкции котловых агрегатов и специальной системы топливоподготовки и т.д.
Создание запасов газа может быть осуществлено с помощью подземных хранилищ газа (ПХГ), для которых обычно используют объем шахтных выработок или иные естественные подземные ёмкости. Однако таким образом запасы газа для электростанций создать нельзя, поскольку необходимы соответствующие геологические условия в районе энергоустановки, что не всегда возможно. И, кроме того, есть значительные ограничения по величине и скорости подачи газа из хранилищ, что определяется техническими и экономическими обстоятельствами. Другой подход в создании ПХГ - это резервирование газообразного топлива с использованием технологии сжижения. Сущность резервирования газа с использованием сжижения заключается в следующем. Периодически в магистрали имеется избыток газа в момент "провала" графика нагрузки электропотребления. Природный газ забирается из магистрали через систему осушки и очистки и подается на холодильную установку системы сжижения. После сжижения топливо (при отрицательной температуре около –150 °С и атмосферном давлении) подается в хранилище сжиженного природного газа (ХСПГ). В случае, когда располагаемый расход топлива в магистрали снизился ниже требуемого уровня или отсутствует вообще, для нужд топливоснабжения энергоустановки используется система резервирования. При этом сжиженный природный газ подогревается, переходя снова в газообразное состояние, и направляется на сжигание в энергоустановку. Поскольку для регазификации необходимо тепло, используются потоки сбросного тепла энергоустановки. Тепловая «централизация» этих потоков в процессе регазификации позволяет снизить тепловые сбросы энергоустановки в окружающую среду.
В целом взаимодействие ТЭС с окружающей средой характеризуется помимо выбросов золы с продуктами сгорания еще и тепловыми сбросами.
Системы охлаждения конденсаторов ТЭС существенно увлажняют микроклимат в районе станции, способствуют образованию низкой облачности, туманов, снижению солнечной освещенности, вызывают моросящие дожди, а в зимнее время - иней и гололед. С охлаждающей водой ТЭС сбрасывает в близлежащие водоемы большое количество тепла, повышающее температуру воды. Влияние подогрева на флору и фауну водоемов различно в зависимости от степени подогрева. Незначительный подогрев воды при её ускоренной циркуляции благоприятно сказывается на очистке водоёмов, поэтому сточные воды должны предварительно охлаждаться и подвергаться очистке. Уменьшение отрицательного влияния сброса тепла в водные бассейны может быть достигнуто за счёт организации водохранилищ-охладителей. В среднем на 1 кВт установленной мощности ТЭС необходимо 58 м2 поверхности водохранилища.
Для уменьшения безвозвратных потерь воды используют воздушно-конденсационные установки (вку), в которых охлаждение конденсата происходит в специальных теплообменниках конверторного действия за счёт теплообмена с воздушной, а не водной средой (препятствие для широкого использования ВКУ – это их высокая стоимость).
Атомные станции (АЭС) потенциально опасны как с точки зрения утилизации продуктов распада радиоактивного топлива, захоронение которых не обеспечивает полной защиты от экологической катастрофы, так и от крупных аварий (например, авария на Чернобыльской АЭС в 1984 году).
Одна из важнейших особенностей ядерной энергетики – отсутствие зависимости работы АЭС от расстояний до мест добычи ядерного топлива, что снимает проблему расположения станций в зонах запасов топлива и позволяет приблизить АЭС к потребителю (для средней по мощности атомной станции в течение года требуется около 100–150 тонн ядерного топлива). Это объясняется прежде всего тем, что количество энергии, высвобождающейся при использовании 1 кг горючего в ядерных реакторах, более чем в 106 раз дольше, чем при химических реакциях сжигания 1 кг наиболее калорийного органического топлива.
Эксплуатация атомных станций позволяет заметно снизить уровень загрязнения окружающей среды компонентами, характерными для работы тепловых станций – С0 2 , S0 2 , МО х, пылевидными частицами и т. д. Основными факторами загрязнения среды выступают радиационные показатели. Это радиация от охлаждающей воды, активированные пылевидные частицы, находящиеся в сфере воздействия излучения и попадающие через вентиляционные каналы за пределы станции. Кроме того, это проникающая радиация через корпус реактора и тепловое воздействие на воду системы охлаждения конденсационной части станции. Несомненно, что воздействие перечисленных факторов на среду определяется многими показателями, в том числе такими, как конструкция реактора, тип оборудования контроля и вентиляции, системы очистки отходов и их транспортировки.
Наибольшую опасность АЭС представляют аварии и неконтролируемое распространение радиации.
При эксплуатации АЭС существует также проблема теплового загрязнения. В расчете на единицу производимой энергии АЭС сбрасывает в окружающую среду больше тепла, чем ТЭС при аналогичных условиях. Расход охлаждаемой воды, в зависимости от мощности, составляет от 70–180 , что соответствует стокам таких рек, как Хопер или Южный Буг.
Гидравлические электростанции. При создании водохранилищ для ГЭС затопляются большие площади лесов, сельскохозяйственных угодий, памятников культуры, а в некоторых случаях требуется переселение целых населённых пунктов. В экстремальных ситуациях (при прорыве плотин) может быть нанесён значительный ущерб экономике регионов, существует также опасность затопления городов. С поверхности водохранилищ испаряется повышенное количество влаги, которое непосредственно сказывается на изменении климата регионов и земли в целом.
Рассмотрим проблемы экологического взаимодействия гидротехнических комплексов на окружающею среду.
Гидроэнергетические станции часто относят к энергоустановкам, использующим возобновляемые источники энергии. Однако по сравнению с другими видами природных ресурсов преобразование энергии воды в электрическую энергию приводит к значительным воздействиям на окружающую среду. Для гидростанций необходимо сооружать значительные водохранилища, что приводит к затоплению прилегающей территории. Чем более равнинный рельеф в районе сооружения ГЭС, тем большие территории попадают в зону затопления.
Влияние водохранилищ на локальные климатические условия носит двойственный характер - охлаждающего и отепляющего воздействия.
Одним из важных факторов, определяющих последствия воздействия водохранилищ на окружающую среду, является площадь поверхности водохранилища. Около 88% общего числа водохранилищ в нашей стране сооружены в равнинных условиях, используемые на ГЭС напоры достигают 15–25 м, а площадь зеркала акваторий - иногда и нескольких тысяч квадратных километров.
Существенным фактором воздействия на окружающую среду является засоление и ощелачивание плодородных земель в районах орошения в случае недостаточного дренажа, что приводит к потерям полезных земель.
Малоизученным последствием строительства плотин ГЭС является, по мнению некоторых геологов и сейсмологов, так называемая "наведенная сейсмичность" в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объему водохранилищ. По существующей гипотезе, дополнительные напряжения, создаваемые весом воды в акватории и непосредственно самой плотиной, способны нарушить равновесное состояние земной коры в этом районе. При наличии в нем ранее неизвестных геологических разломов освободившееся напряжение значительно превышает размеры "возмущающей" нагрузки от массы воды и гидросооружений. Так, например, в декабре 1967 года в Индии была полностью разрушена плотина Коупа высотой 103 м. Причиной катастрофы явилось землетрясение, эпицентр которого располагался непосредственно под телом плотины.
Комплексный подход к определению оптимального использования ГЭС в энергосистемах приводит к выводу о целесообразности внедрения нового типа гидростанций – гидроаккумулирующих электростанции (ТАЭС). Этот перспективный тип гидроэнергетических установок предназначен, прежде всего, для выравнивания неравномерности графика электропотребления и облегчения режимов эксплуатации электростанции других типов. В ночное время и в периоды выходных дней при снижении электропотребления промышленного сектора ГАЭС работают в насосном режиме на электроэнергии, вырабатываемой другими электростанциями. При этом аккумулируются гидроэнергетические ресурсы, так как вода из нижнего барьера водохранилища электростанции перекачивается в верхний. В период резкого роста электропотребления ГАЭС переходит в генераторный режим работы и реализует «накопленные» ресурсы. Использование ГАЭС ведет к экономии топлива в энергосистеме. При этом снижается проблема покрытия пиков графика нагрузки. Это особенно важно, так как с ростом единичных мощностей агрегатов ТЭС и АЭС резко ухудшились их маневренные характеристики. Поскольку использование ГАЭС позволяет в конечном итоге осуществить снижение потребления органического топлива в энергосистеме, то эти энергоустановки с полным основанием можно рассматривать как одни из возможных методов улучшения экологических характеристик энергооборудования.
Общее вредное влияние энергетических объектов:
Энергетические объекты являются источниками излучения электромагнитных полей, которые оказывают отрицательное влияние на здоровье людей (нормируемая напряжённость электромагнитного поля составляет 20кВ/м в течение 10 минут за сутки), создают помехи для телерадиовещания. Так, например, под ЛЭП 500кВ напряжённость поля составляет 10кВ/м, под ЛЭП 750кВ – 15кВ/м.
Энергоустановки являются также источниками шума.
Изъятие из пользования природных ресурсов, земли и воды.
Мероприятия по снижению отрицательного влияния энергосистем на окружающую среду:
· Для ТЭС – усовершенствование процессов сжигания топлива, очистку продуктов сжигания и увеличение высоты труб при их выбросе в атмосферу.
· Для ГЭС – снижения строительства на реках с высоким уровнем «подпора», создание рыбоохранных сооружений, уменьшение «зеркал» поверхности водохранилищ.
· Для АЭС – совершенствование конструкций энергоблоков, методов и объектов захоронения ядерных отходов.
· Использование альтернативных, экологически чистых и безопасных, способов получения лучения электрической энергии.
31.1. Экологические проблемы тепловой энергетики.
31.2. Экологические проблемы гидроэнергетики.
31.3. Экологические проблемы ядерной энергетики.
31.4 Экологические проблемы ВЭС.
В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра.
За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится до 80-85 % электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта.
В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5-6 % электроэнергии, атомная энергетика даёт 15-18 % электроэнергии.
31.1. Экологические проблемы тепловой энергетики
Сжигание топлива - не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО 2), около 50 % двуокиси серы, 35 % - окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.
В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.
Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице 31.1.
Таблица 31.1 - Влияние теплоэлектростанций на окружающую среду и биосферу
| Технологический процесс | Влияние на элементы среды и биоту | |||
| воздух | почвы и грунты | воды | экосистемы и человека | |
| Добыча топлива: | ||||
| -жидкое (нефть) и в виде газа | Углеводородное загрязнение при испарении и утечках | Повреждение или уничтожение почв при разведке и добыче топлива, передвижениях транспорта и т.п.; загрязнение нефтью, техническими химикатами, металлом и другими отходами | Загрязнение нефтью в результате утечек, особенно при авариях и добычах со дна водоёмов, загрязнение технологическими химреагентами и другими отходами; разрушение водоносных структур в грунтах, откачка подземных вод их сброс в водоёмы | Разрушение и повреждение экосистем в местах добычи и при обустройстве месторождений (дороги, линии электропередач, водопроводы и т.п.), загрязнение при утечках и авариях, потеря продуктивности, ухудшение качества продукции. Воздействие на человека в основном через биопродукцию (особенно гидробионтов) |
| -твёрдое: (угли, сланцы, торф и т.п.) | Пыль при взрывных и других работах, продукты горения терриконов и т.п. | Разрушение почв и грунтов при добыче открытыми методами (карьеры), просадки рельефа, разрушение грунтов при шахтных методах добычи | Сильное нарушение водоносных структур, откачка и сброс в водоёмы шахтных, часто высоко-минерализиро-ванных, железистых и других вод | Разрушение экосистем или их элементов, особенно при открытых способах добычи, снижение продуктивности, воздействие на биоту и человека через загрязненные воздух, воду и пищу. Высокая степень заболеваемости, травматизма и смертности при шахтных способах добычи |
| Транспортировка топлива | Загрязнение при испарении жидкого топлива, потере газа, нефтью, пылью от твёрдого топлива | Загрязнение при утечках, авариях, особенно нефтью | Загрязнение нефтью в результате потерь и при авариях | В основном через загрязнение вод и гидробионтов |
| Работа электростанций на твёрдом топливе | Основные поставщики углекислого газа, сернистого ангидрида, окислов азота, продуктов для кислых осадков, аэрозолей, сажи, загрязнение радиоактивными веществами, тяжелыми металлами | Разрушение и сильное загрязнение почв вблизи предприятий (техногенные пустыни), загрязнение тяжелыми металлами, радиоактивными веществами, кислыми осадками; отчуждение земель под землеотвалы, другие отходы | Тепловое загрязнение в результате сбросов подогретых вод, химическое загрязнение через кислые осадки и сухое осаждение из атмосферы, загрязнение продуктами вымывания биогентов и ядовитых веществ (алюминий) из почв и грунтов | Основной агент разрушения и г-бели экосистем, особенно озер и хвойных лесов (обеднение видового состава, снижение продуктивности, разрушение хлорофилла, вымывание биогенов, повреждение корней и т.п.). Эвтрофикация вод и их цветение. На человека через загрязнение воздуха, воды, продуктов питания, разрушение природы, строений, памятников и т.п. |
| Работа электростанций на жидком топливе | То же, но в значительно меньших масштабах | Тепловое загрязнение, как для твёрдого топлива, остальные в значительно меньших масштабах | То же, но в значительно меньших масштабах |
Воздействие окружающую среду при использовании твёрдого топлива :
1. Выбросы мелких частиц золы. Добываемый в Украине уголь характеризуется высокой зольностью – 39,7…39,9 % (данные 2011 года). Он перерабатывается на обогатительных фабриках, так как по требованиям энергетиков зольность угля не должна превышать 27 %. Зольность угля в Великобритании в соответствии с законодательством - 22%, в США - 9%.
2. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.
3. Выбросы СО 2 – парникового газа.
4. Выбросы SO 2 .
5. Выбросы оксидов азота NO x .
Для избегания предельных концентраций SO X и NO 2 в местах расположения станций строятся высокие выхлопные трубы - до 320 - 350 м.
6. Выбросы канцерогенного вещества бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний.
7. Складирование золы и шлаков – золоотвалы. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности. Тяжёлые металлы и радиация попадают в окружающую среду, либо воздушным путём, либо с грунтовой водой.
8. ТЭС загрязняют водоёмы, сбрасывая в них тёплую воду, в результате чего происходит цепная реакция, водоём зарастает водорослями, в нём нарушается кислородный баланс, что в свою очередь несёт угрозу жизни всем его обитателям.
При сжигании жидких топлив (мазута) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, газообразные и твёрдые продукты неполного сгорания топлива, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке.
При сжигании газа существенным загрязнителем атмосферы остаются окислы азота.
