Воздействие на почву объектов электроэнергетики и электротехники. Отрицательное воздействие на окружающую среду при производстве электрической энергии. Как влияет энергетика на окружающую среду

Взаимодействие энергетического предприятия с окружающей средой происходит на всех стадиях добычи и использования топлива, преобразования и передачи энергии. Тепловой электростанцией активно потребляется воздух. Образующиеся продукты сгорания передают основную часть теплоты рабочему телу энергетической установки, часть теплоты рассеивается в окружающую среду, а часть - уносится с продуктами сгорания через дымовую трубу в атмосферу. Продукты сгорания, выбрасываемые в атмосферу, содержат оксиды азота, углерода, серы, углеводорода, пары воды и др. вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях.

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.

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 58 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.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему:

«Влияние энергетики на окружающую среду»

Введение

1. Тепловые электростанции

3. Атомные электростанции

4. Альтернативная энергетика

Введение

Электрическая энергия - важнейший, универсальный, самый эффективный технически и экономически вид энергии. Другое его преимущество - экологическая безопасность использования и передачи электроэнергии по линиям электропередач по сравнению с перевозкой топлив, перекачкой их по системам трубопроводов. Электричество способствует развитию природосберегающих технологий во всех отраслях производства. Однако выработка электроэнергии на многочисленных ТЭС, ГЭС, АЭС сопряжена со значительными отрицательными воздействиями на окружающую среду. Энергетические объекты вообще по степени влияния принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу промышленных объектов.

На современном этапе проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя влияние на огромные территории, большинство рек и озёр, громадные объёмы атмосферы и гидросферы Земли. Ещё более значительные масштабы энергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейшее интенсивное увеличение разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах.

С ростом единичных мощностей блоков, электрических станций и энергетических систем, удельных и суммарных уровней энергопотребления возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный и водный бассейны, а также более полного использования их естественной рассеивающей способности.

Диаграмма №1. Производство электроэнергии в мире за 1995 г. по типам электростанций, %

Ранее при выборе способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта, назначении основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) руководствовались в первую очередь минимизацией экономических затрат. В настоящее же время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики.

1. Тепловые электростанции

Как видно из диаграммы №1, большая доля электроэнергии (63,2%) в мире вырабатывается на ТЭС. Поэтому вредные выбросы этого типа электростанций в атмосферу обеспечивают наибольшее количество антропогенных загрязнений в ней. Так, на их долю приходится примерно 25% всех вредных выбросов, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий.Нужно отметить, что за 20 лет с 1970 по 1990 год в мире было сожжено 450 млрд. баррелей нефти, 90 млрд. т угля, 11 трлн. м3 газа.

Таблица №1. Годовые выбросы ТЭС на органическом топливе мощностью 1000 МВт, Тыс. т.

Кроме основных компонентов, образующихся в результате сжигания органического топлива (углекислого газа и воды), выбросы ТЭС содержат пылевые частицы различного состава, оксиды серы, оксиды азота, фтористые соединения, оксиды металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива.Их поступление в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Наличие пылевых частиц, оксидов серы обусловлено содержанием в топливе минеральных примесей, а наличие оксидов азота - частичным окислением азота воздуха в высокотемпературном пламени. До 50% вредных веществ приходится на диоксид серы, примерно 30% - на оксида азота, до 25% - на летучую золу.

Данные по годовым выбросам ТЭС в атмосферу для разных топлив представлены в таблице №1. Приведённые данные относятся к установившимся режимам работы оборудования. Работа же ТЭС на нерасчётных (переходных) режимах связана не только с понижением экономичности котлоагрегатов, турбоагрегатов, электрогенераторов, но и с ухудшением эффективности всех устройств, снижающих негативные воздействия электростанций.

Гидросфера

Рис. 1. Влияния ТЭС на окружающую среду

Газообразные выбросы главным образом включают соединения углерода, серы, азота, а также аэрозоли и канцерогенные вещества.

Окислы углерода (CO и CO2) практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования практически не ограничено. Свойства CO и CO2, как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются избирательностью в небольших участках спектра. Так, для CO2 при нормальных условиях характерны три полосы селективного поглощения излучения в диапазонах длин волн: 2,4 - 3,0; 4,0 - 4,8; 12,5 - 16,5 мкм. С ростом температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, т.к. уменьшается плотность газа.

Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид - SO2 . Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений (остальное количество приходится на SO3). Его удельная масса - 2,93 кг/м3, температура кипения - 195?C. Продолжительность пребывания SO2 в атмосфере сравнительно невелика. Он принимает участие в каталитических, фотохимических и других реакциях, в результате которых окисляется и выпадает в сульфаты. В присутствии значительных количеств аммиака NH3 и некоторых других веществ время жизни SO2 исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15 - 20 суток. В присутствии кислорода SO2 окисляется до SO3 и вступает в реакцию с водой, образуя серную кислоту. Согласно некоторым исследованиям, конечные продукты реакций с участием SO2 распределяются следующим образом: в виде осадков выпадает на поверхность литосферы 43% и на поверхность гидросферы 13%. Накопление серосодержащих соединений происходит в основном в мировом океане. Воздействие этих продуктов на людей, животных и растения, а также на различные вещества разнообразно и зависит от концентрации и от различных факторов окружающей среды.

В процессах горения азот образует с кислородом ряд соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5, свойства которых существенно различаются. Закись азота N2O образуется при восстановлении высших окислов и не реагирует с атмосферным воздухом. Окись азота NO - бесцветный слаборастворимый газ. Как показано Я.Б. Зельдовичем, реакция образования окиси азота имеет термическую природу:

O2 + N2 = NO2 + N - 196 кДж/моль,

N + O2 = NO + O + 16 кДж/моль,

N2+O2=2NO - 90 кДж/моль.

В присутствии воздуха NO окисляется до NO2. Двуокись азота NO2 состоит из молекул двух видов - NO2 и N2O4:

2NO2 = N2O4 + 57 кДж/моль.

В присутствии влаги NO2 легко вступает в реакцию, образуя азотную кислоту:

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO.

Азотистый ангидрид N2O3 разлагается при атмосферном давлении:

и образуется в присутствии кислорода:

4NO + O2 = 2N2O3 + 88 кДж/моль.

Азотный ангидрид N2O3 - сильный окислитель. Взаимодействуя с водой, образует серную кислоту. Ввиду скоротечности реакций образования

окислов азота и их взаимодействий друг с другом и компонентами атмосферы, а также из-за излучения учесть точное количество каждого из окислов невозможно. Поэтому суммарное количество NOx приводят к NO2. Но для оценок токсического воздействия необходимо учитывать, что соединения азота, выбрасываемые в атмосферу, имеют различную активность и продолжительность существования: NO2 - около 100 часов, N2O - 4,5 года.

Аэрозоли подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые, и вторичные - образующиеся при превращениях в атмосфере. Время существования аэрозолей в атмосфере колеблется в широких пределах - от минут до месяцев, в зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли в атмосфере на высоте до 1 км существуют 2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких месяцев. Подобно аэрозолям ведут себя иканцерогенные вещества, выбрасываемые или образующиеся в атмосфере. Однако точных данных о поведении этих веществ в воздухе практически нет.

Одним из факторов взаимодействия ТЭС с водной средой является потребление воды системами технического водоснабжения, в т.ч. безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах идёт на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 7% общего расхода воды. В тоже время именно они являются основными источниками примесного загрязнения. Например, при промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300 МВт образуется до 10000 м3 разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония.

Кроме того, сточные воды ТЭС содержат ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты. На крупных электростанциях расход воды, загрязнённой нефтепродуктами (масла и мазут), доходит до 10-15 м3/ч при среднем содержании нефтепродуктов 1-30 мг/кг (после очистки). При сбросе их в водоёмы они оказывают пагубное влияние на качество воды, водные организмы.

Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоёмов, вызывающее многообразные нарушения их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром, а отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от электростанций в водоёмы непрерывно поступает поток воды с температурой на 8-12?C превышающей температуру воды в водоёме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 м?/с нагретой воды. По подсчётам немецких и швейцарских учёных, возможности рек Швейцарии и верхнего течения Рейна по нагреву сбросной теплотой электростанций уже исчерпаны. Нагрев воды в любом месте реки не должен превышать больше чем на 3?C максимальную температуру воды реки, которая принята равной 28?C. Из этих условий мощность электростанций ФРГ, сооружаемых на Рейне, Инне, Везере и Эльбе, ограничивается значением 35000 МВт. Тепловое загрязнение может привести к печальным последствиям. По прогнозам Н.М. Сваткова изменение характеристик окружающей среды (повышение температуры воздуха и изменение уровня мирового океана) в ближайшие 100-200 лет может вызвать качественную перестройку окружающей среды (стаивание ледников, подъём уровня мирового океана на 65 метров и затопление обширных участков суши).

Нужно сказать, что воздействия ТЭС на окружающую среду значительно отличаются по видам топлива (таблица 1). Одним из факторов воздействия ТЭС на угле являются выбросы систем складирования, транспортировки, пылеприготовления и золоудаления. При транспортировке и складировании возможно не только пылевое загрязнение, но и выделение продуктов окисления топлива.

Наиболее «чистое» топливо для тепловых электростанций - газ, как природный, так и получаемый при переработке нефти или в процессе метанового брожения органических веществ. Наиболее «грязное» топливо - горючие сланцы, торф, бурый уголь. При их сжигании образуется больше всего пылевых частиц и оксидов серы.

Для соединений серы существуют два подхода к решению проблемы минимизации выбросов в атмосферу при сжигании органических топлив:

1) очистка от соединений серы продуктов сгорания топлива (сероочистка дымовых газов);

2) удаление серы из топлива до его сжигания.

К настоящему времени по обоим направлениям достигнуты определённые результаты. В числе достоинств первого подхода следует назвать его безусловную эффективность - удаляется до 90-95% серы - возможность применения практически вне зависимости от вида топлива. К недостаткам следует отнести большие капиталовложения. Энергетические потери для ТЭС, связанные с сероочисткой, ориентировочно составляют 3-7%. Основным преимуществом второго пути является то, что очистка осуществляется независимо от режимов работы ТЭС, в то время как установки по сероочистке дымовых газов резко ухудшают экономические показатели электростанций за счёт того, что большую часть времени вынуждены работать в нерасчётном режиме. Установки же по сероочистке топлив можно всегда использовать в номинальном режиме, складируя очищенное топливо.

Проблема снижения выбросов окислов азота ТЭС серьёзно рассматривается с конца 60-х годов. В настоящее время по этому вопросу уже накоплен определённый опыт. Можно назвать следующие методы:

1) уменьшение коэффициента избытка воздуха (так можно добиться снижения содержания окислов азота на 25-30%, уменьшив коэффициент избытка воздуха (?) с 1,15 - 1,20 до 1,03);

2) улавливание окислов с последующей переработкой в товарные продукты;

3) разрушение окислов до нетоксичных составляющих.

Для уменьшения концентрации вредных соединений в приземном слое воздуха котельные ТЭС оборудуют высокими, до 100-200 и более метров, дымовыми трубами. Но это приводит также к увеличению площади их рассеивания. В результате крупными промышленными центрами образуются загрязнённые области протяженностью в десятки, а при устойчивом ветре - в сотни километров.

2. Гидравлические электростанции

экологический электроэнергия атмосфера топливо

Несомненно, по сравнению с электростанциями, работающими на органическом топливе, более чистыми с экологической точки зрения являются электростанции, использующие гидроресурсы: отсутствуют выбросы в атмосферу золы, оксидов серы и азота. Это важно, поскольку ГЭС довольно распространены и находятся на втором месте после ТЭС по выработке электроэнергии (диаграмма №1).Обострение экологической ситуации, как в мире, так и в нашей стране, к началу 90-х годов послужило поводом для возобновления дискуссий по проблемам экологии в гидроэнергетике. В нашей стране приоритет охраны окружающей среды был признан на Всесоюзном научно-техническом совещании «Будущее гидроэнергетики. Основные направления создания гидроэлектростанций нового поколения» (1991 год). Наиболее резко прозвучали вопросы создания высоконапорных ГЭС с крупными водохранилищами, затопления земель, качества воды, сохранения флоры и фауны.

Действительно, работа данного типа электростанций также сопряжена со значительными отрицательными изменениями в окружающей среде, которые связаны с созданием плотин и водохранилищ. Многие изменения приходят к равновесию с окружающей средой через длительное время, что затрудняет прогноз возможного влияния на окружающую среду новых электростанций.

Рис.2 Влияния ГЭС на окружающую среду

Создание ГЭС связано с затоплением земельных ресурсов. Всего в настоящее время в мире затоплено более 350 тыс. км?. В это число входят земельные площади, пригодные для сельскохозяйственного использования. Перед затоплением земель не всегда проводится лесоочистка, поэтому оставшийся лес медленно разлагается, образуя фенолы, тем самым, загрязняя водохранилище. Кроме того, в прибрежной полосе водохранилища меняется уровень грунтовых вод, что приводит к заболачиванию местности и исключает использование этой местности в качестве сельскохозяйственных угодий.

Большие амплитуды колебаний уровней воды на некоторых водохранилищах неблагоприятно сказываются на воспроизводстве рыбы; плотины преграждают путь (на нерест) проходным рыбам; на некоторых водохранилищах развиваются процессы эвтрофирования, в основном обусловленные сбросом в реки и водоёмы сточных вод, содержащих большое количество биогенных элементов. Биологическая продуктивность водохранилищ увеличивается при попадании в них с речной водой биогенных элементов (азота, фосфора, калия). Вследствие этого в водоёмах усиленно развиваются сине-зеленые водоросли, происходит т.н. цветение воды. На окисление обильно отмирающих водорослей расходуется большое количество растворённого в воде кислорода, в анаэробных условиях из их белка выделяется ядовитый сероводород, и вода становится мёртвой. Этот процесс развивается сначала в придонных слоях воды, затем постепенно захватывает большие водные массы - происходит эвтрофирование водоёма. Такая вода непригодна для водоснабжения, в ней резко снижается рыбная продуктивность. Интенсивность развития процесса эвтрофирования зависит от степени проточности водоёма и от его глубины. Как правило, самоочищение воды в озёрах и водохранилищах происходит медленнее, чем в реках, поэтому по мере роста числа водохранилищ на реке её самоочищающая способность уменьшается.

Для ГЭС характерно изменение гидрологического режима рек - происходит изменение и перераспределение стока, изменение уровневого режима, изменение режимов течений, волнового, термического и ледового. Скорости течения воды могут уменьшаться в десятки раз, а в отдельных зонах водохранилища могут возникать полностью застойные участки. Специфичны изменения термического режима водных масс водохранилища, который отличается как от речного, так и от озёрного. Изменение ледового режима выражается в сдвиге сроков ледостава, увеличении толщины ледяного покрова водохранилища на 15-20%, в то время как у водосливов образуются полыньи. Изменяется тепловой режим в нижнем бьефе: осенью поступает более тёплая вода, нагретая в водохранилище за лето, а весной - холоднее на 2-4?C в результате охлаждения в зимние месяцы. Эти отклонения от естественных условий распространяются на сотни километров от плотины электростанции.

Изменение гидрологического режима и затопление территорий вызывает изменение гидрохимического режима водных масс. В верхнем бьефе массы воды насыщаются органическими веществами, поступающими с речным стоком и вымываемыми из затопленных почв, а в нижнем - обедняются, т.к. минеральные вещества из-за малых скоростей течения осаждаются на дно. Так, в результате регулирования стока Волги поступление минеральных веществ в Каспийское море сократилось почти в три раза. Резко изменились условия стока Дона в Азовское море, что вызвало изменение водообмена Азовского и Чёрного морей и изменение солевого состава Азовского моря.

Как в верхнем, так и в нижнем бьефе изменяется газовый состав и газообмен воды. В результате изменения русловых режимов в водохранилищах образуются наносы.

Создание водохранилищ может вызвать землетрясения даже в асейсмичных районах из-за просачивания воды в границы разломов. Подтверждением этому служат землетрясения в долинах рек Миссисипи, Чайры (Индия) др.

Урон, наносимый ГЭС, во многом можно уменьшить или компенсировать. Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ. Несмотря на снижение энергетических показателей, низконапорные гидроузлы, обеспечивающие минимальное затопление земель, лежат в основе всех современных разработок. Затопление земель также компенсируется культивацией почв в других районах и повышением рыбной продуктивности водохранилищ. Ведь с каждого гектара акватории можно получать больше животного белка, чем с сельскохозяйственных угодий. Для достижения этого служат рыбные заводы. Также следует уменьшать площадь затопляемой земли на единицу создаваемой мощности. Для облегчения прохода рыбы через сооружения гидроузла изучают поведение рыб у гидротехнических сооружений, их отношение к потоку и температуре воды, к рельефу дна и освещённости; создают рыбопропускные шлюзы - с помощью специальных приспособлений её привлекают в рыбонакопитель, а затем из предплотинных участков реки переводят в водохранилище. Радикальным же способом предупреждения эвтрофирования водоёмов является прекращение сброса сточных вод.

3. Атомные электростанции

Иллюзия о безопасности атомной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа на чернобыльской АЭС. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, что население ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды, растительный покров оказались радиоактивно зараженными на многие десятилетия. Всё это обострило понимание того, что мирный атом требует особого подхода.

Однако опасность атомной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количество радиоактивных изотопов (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 131). Нужно отметить, что состав радиоактивных отходов и их активность зависят от типа и конструкции реактора, от вида ядерного горючего и теплоносителя. Так, в выбросах водоохлаждаемых реакторов превалируют радиоизотопы криптона и ксенона, в графитогазовых реакторах - радиоизотопы криптона, ксенона, йода и цезия, в натриевых быстрых реакторах - инертные газы, йод и цезий.

Атмосфера

Рис. 3. Влияния АЭС на окружающую среду

Обычно, когда говорят о радиационном загрязнении, имеют в виду гамма-излучение, легко улавливаемое счетчиками Гейгера и дозиметрами на их основе. В то же время есть немало бета-излучателей, которые плохо обнаруживаются существующими массовыми приборами. Также как радиоактивный йод концентрируется в щитовидной железе, вызывая ее поражение, радиоизотопы инертных газов, в 70-е годы считавшиеся абсолютно безвредными для всего живого, накапливаются в некоторых клеточных структурах растений (хлоропластах, митохондриях и клеточных мембранах). Одним из основных выбрасываемых инертных газов является криптон-85. Количество криптона-85 в атмосфере (в основном за счет работы АЭС) увеличивается на 5 % в год. Еще один радиоактивный изотоп, не улавливаемый никакими фильтрами и в больших количествах производимый всякой АЭС - углерод-14. Есть основания предполагать, что накопление углерода-14 в атмосфере (в виде CO2) ведет к резкому замедлению роста деревьев. Сейчас в составе атмосферы количество углерода-14 увеличено на 25% по сравнению с доатомной эрой.

Важной особенностью возможного воздействия АЭС на окружающую среду является необходимость демонтажа и захоронения элементов оборудования, обладающих радиоактивностью, по окончании срока службы или по другим причинам. До настоящего времени такие операции производились лишь на нескольких экспериментальных установках.

При нормальной работе в окружающую среду попадают лишь немногие ядра газообразных и летучих элементов типа криптона, ксенона, йода. Расчёты показывают, что даже при увеличении мощностей атомной энергетики в 40 раз её вклад в глобальное радиоактивное загрязнение составит не более 1% от уровня естественной радиации на планете.

На электростанциях с кипящими реакторами (одноконтурными) большая часть радиоактивных летучих веществ выделяется из теплоносителя в конденсаторах турбин, откуда вместе с газами радиолиза воды выбрасываются эжекторами в виде парогазовой смеси в специальные камеры, боксы или газгольдеры выдержки для первичной обработки или сжигания. Остальная часть газообразных изотопов выделяется при дезактивации растворов в баках выдержки.

На электростанциях с реакторами, охлаждаемыми водой под давлением, газообразные радиоактивные отходы выделяются в баках выдержки.

Газообразные и аэрозольные отходы из монтажных пространств, боксов парогенераторов и насосов, защитных кожухов оборудования, ёмкостей с жидкими отходами выводятся с помощью вентиляционных систем с соблюдением нормативов по выбросу радиоактивных веществ. Воздушные потоки из вентиляторов очищаются от большей части аэрозолей на тканевых, волокнистых, зерновых и керамических фильтрах. Перед выбросом в вентиляционную трубу воздух проходит через газовые отстойники, в которых происходит распад короткоживущих изотопов (азота, аргона, хлора и др.).

Помимо выбросов, связанных радиационным загрязнением, для АЭС, как и для ТЭС, характерны выбросы теплоты, влияющие на окружающую среду. Примером может служить атомная электростанция «Вепко Сарри». Её первый блок был пущен в декабре 1972 г., а второй - в марте 1973 г. При этом температура воды у поверхности реки вблизи электростанции в 1973г. была на?4?C выше температуры в 1971г. и максимум температур наблюдался на месяц позже. Выделение тепла происходит также в атмосферу, для чего на АЭС используются т.н. градирни. Они выделяют 10-400 МДж/(м?·ч) энергии в атмосферу. Широкое применение мощных градирен выдвигает рад новых проблем. Расход охлаждающей воды для типового блока АЭС мощностью 1100 МВт с испарительными градирнями составляет 120 тыс. т/ч (при температуре окружающей воды 14?C). При нормальном солесодержании подпиточной воды за год выделяется около 13,5 тыс. т солей, выпадающих на поверхность окружающей территории. До настоящего времени нет достоверных данных о влиянии на окружающую среду этих факторов.

На АЭС предусматриваются меры для полного исключения сброса сточных вод, загрязнённых радиоактивными веществами. В водоёмы разрешается отводить строго определённое количество очищенной воды с концентрацией радионуклидов, не превышающей уровень для питьевой воды. Действительно, систематические наблюдения за воздействием АЭС на водную среду при нормальной эксплуатации не обнаруживают существенных изменений естественного радиоактивного фона. Прочие отходы хранятся в ёмкостях в жидком виде или предварительно переводятся в твёрдое состояние, что повышает безопасность хранения.

4. Альтернативная энергетика

Всё большее обсуждение получают электростанции, использующие возобновляемые источники энергии - приливные, геотермальные, солнечные, космические солнечные, ветровые и некоторые другие. Разрабатываются их новые проекты, сооружаются опытные и первые промышленные установки. Это вызвано как экономическими, так и экологическими факторами. На «альтернативные» электростанции возлагают большие надежды с точки зрения снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду. Европейский союз, например, планирует увеличить в ближайшие несколько лет долю вырабатываемой такими электростанциями энергии.

Распространению «альтернативных» электростанций препятствуют разнообразные технические и технологические сложности. Не лишены эти электростанции и экологических недостатков. Так, ветровые электростанции являются источниками т.н. шумового загрязнения, солнечные электростанции достаточных мощностей занимают большие площади, что портит ландшафт и изымает из земли из сельскохозяйственного оборота. Действие космических солнечных электростанций (в проекте) связано с передачей энергии на Землю посредством высококонцентрированного пучка микроволнового излучения. Его возможное действие не изучено и характеризуется как предположительно негативное. Отдельно стоят геотермальные электростанции

Их влияние на атмосферу характеризуется возможными выбросами мышьяка, ртути, соединения серы, бора, силикатов, аммиака и других веществ, растворённых в подземных водах. В атмосферу выбрасываются также водяные пары, что связано с изменением влажности воздуха, выделением тепла, шумовыми эффектами. Воздействие геоТЭС на гидросферу проявляется в нарушении балансов подземных вод, круговорота веществ, связанного с подземными водами. Воздействие на литосферу связано с изменением геологии пластов, загрязнением и эрозией почвы. Возможны изменения сейсмичности районов интенсивного использования геотермальных источников.

Развитие энергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу, на гидросферу, на литосферу. В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты. Выходом для общества из этой ситуации должны стать: внедрение новых технологий (по очистке, рециркуляции выбросов; по переработке и хранению радиоактивных отходов и др.), распространение альтернативной энергетики и использование возобновляемых источников энергии.

В целом предпринятый всесторонний анализ проблемы влияния электростанций на окружающую среду позволил выявить основные воздействия, проанализировать их и наметить направления их минимизации и устранения.

Нужно заметить, что использование альтернативной энергетики предпочтительнее, т.к. «альтернативные» электростанции всё-таки более экологичны, чем традиционные.

Список использованной литературы

Скалкин Ф.В. и др. Энергетика и окружающая среда. - Л.: Энергоиздат, 1981.

Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. - М.: Высш. шк., 1987.

Стадницкий Г.В. Экология: учебник для ВУЗов. - СПб: Химиздат, 2001.

С.И.Розанов. Общая экология. СПб.: Издательство «Лань», 2003.

Алисов Н.В., Хорев Б.С. Экономическая и социальная география мира. М.: Гардарики, 2001.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Общая характеристика теплоэнергетики и её выбросов. Воздействие предприятий на атмосферу при использовании твердого, жидкого топлива. Экологические технологии сжигания топлива. Влияние на атмосферу использования природного газа. Охрана окружающей среды.

контрольная работа , добавлен 06.11.2008


Классификация, принцип действия АЭС. Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу. Влияние радионуклиидов на окружающую среду. Нормирование выбросов радиоактивных газов в атмосферу. Ограничение абсолютных выбросов. Промышленные системы газоочистки.

курсовая работа , добавлен 26.02.2013


Описание сферы деятельности предприятия. Расчет количества выплат за выбросы из автотранспорта предприятия. Оценка объемов выбросов и утилизации твердых отходов предприятия. Затраты на утилизацию и обезвреживание. Выплаты за выбросы в окружающую среду.

курсовая работа , добавлен 05.10.2009


Актуальность очистки выбросов тепловых электростанций в атмосферу. Токсичные вещества в топливе и дымовых газах. Преобразование вредных выбросов ТЭС в атмосферном воздухе. Типы и характеристики золоуловителей. Переработка сернистых топлив перед сжиганием.

курсовая работа , добавлен 05.01.2014


Отрицательное влияние тепловых двигателей, выбросы вредных веществ в атмосферу, производство автомобилей. Авиация и ракетоносители, применение газотурбинных двигательных установок. Загрязнение окружающей среды судами. Способы очистки газовых выбросов.

реферат , добавлен 30.11.2010


Оценка воздействия ОАО "РУСАЛ-Красноярск" на окружающую среду. Характеристика выбросов предприятия. Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу. Расчет капитальных затрат на природоохранные мероприятия (по внедрению полого скруббера).

курсовая работа , добавлен 08.12.2011


Воздействие нефтеперерабатывающих предприятий на окружающую среду. Правовые основы и законодательство в области нефтепереработки. Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и водоемы.

дипломная работа , добавлен 12.08.2010


Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу предприятием, их влияние на человека и окружающую природную среду. Учёт, обследование и расчеты по инвентаризации выбросов автотранспорта, цеха механической и деревообработки, литейного производства.

курсовая работа , добавлен 29.09.2011


Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от предприятий металлургии, угольной, машиностроительной, газовой и химической промышленности, энергетики. Негативное влияние целлюлозно-бумажной промышленности на окружающую среду. Процессы самоочищения атмосферы.

курсовая работа , добавлен 29.11.2010


Влияние объектов железнодорожного транспорта на окружающую среду. Вредные выбросы в воздух и водоемы. Шум и вибрация при движении поездов. Расчет выбросов в атмосферу двигателями внутреннего сгорания путевой техники. Мероприятия по снижению шума.

Любая деятельность человека, требующая произ­водства энергии и ее превращения в форму, пригодную для конеч­ного использования в жилищах, на предприятиях или в средствах транспорта, оказывает побочные влияния, которые при достижении определенного уровня наносят ущерб одному или нескольким аспектам окружающей среды. Это, конечно, так, но справедливо также и то, что человек может регулировать уровень побочных влияний. Такие влияния, прежде всего, возникают на тепловых элек­трических станциях, преобразующих энергию различных видов органического топлива в электрическую. Здесь необходимо найти пути уменьшения вредных выбросов в атмосферу газов и твердых частиц и уменьшения теплового загрязнения воды в реках и озерах.

Гидроэлектростанции долгое время считались чистыми и безвредными предприятиями, однако затем они стали подвергаться справедливой критике из-за затопления обширных территорий, необходимости переносить населенные пункты. Создание искусствен­ных водоемов приводит к резкому изменению экологии района, из­менению давления на сушу и уровней грунтовых вод, что отрица­тельно сказывается на близрасположенной флоре и фауне. Замед­ление течения рек из-за сооружения плотин электростанций ведет к загрязнению воды, появлению вредных сине-зеленых водорослей, способствует размножению бактерий, несущих эпидемии, наруше­нию половодий и исчезновению вследствие этого заливных лугов, в некоторых случаях происходит засоление почвы (например, вбли­зи Астрахани).

Рис. 1. Загрязнение атмосферы электростанциями различного типа

Объемы загрязнений тепловыми электростанциями окружающей среды и вид загрязнений зависят от типа и мощности станций. На рис. 1 приведены показатели загрязнений окружающей среды станциями различного типа мощностью по 1 ГВт каждая. Выбросы в атмосферу газов и золы даны на рисунке в тоннах в сутки, а ак­тивность радиоактивных элементов в секундах в минус первой сте­пени. Станции, работающие на угле, потребляют его в больших количествах и больше всего выбрасывают загрязняющих атмосфе­ру веществ. Выбросы в атмосферу зависят откачества угля. При­веденные на рисунке характеристики соответствуют углю средней калорийности.

Атомные электростанции, долгое время бывшие объектами тща­тельных наблюдений, практически не оказывают вредного влияния на биосферу при условии, что решается проблема безопасного сохранения радиоактивных отходов.Относящийся к ним знак во­проса на рис. 1 расшифровывается в зависимости от решений, проблемы радиоактивных отходов. Английские атомные станции сбрасывали радиоактивные отходы в Северное море, что, конечно, недопустимо и осуждалось мировой общественностью. Иногда ра­диоактивные отходы в специальных контейнерах опускаются на дно морей и океанов. В этом случае, однако, не исключается полно­стью опасность заражения воды. Поэтому выбросы радиоактивных отходов в моря и океаны вызывают резкие протесты со стороны стран, расположенных на побережье.

В порядке курьеза можно вспомнить, что в прошлом, когда появились первые ядерные реакторы, некоторые специалисты в США предлагали сбрасывать радиоактивные отходы на дно Чер­ного моря. Выбор пал на Черное море, поскольку в нем наиболее медленно происходит циркуляция воды между верхними и нижними слоями. Нижние слои достигают поверхности примерно за 100 лет. Совершенно ясно, что такое предложение не могло считаться удовлетворительным и было категорически отклонено. В действительно­сти достаточно безопасно можно хранить радиоактивные отходы под землей в жидком состоянии в специальных резервуарах или предварительно зацементированными. При цементировании дости­гаются две цели: улучшается защита отходов и уменьшается их объем.

Перспективно так называемое «отвердение» жидких радиоак­тивных отходов путем их нагрева и выпаривания. При существую­щей технологии 1000 л жидких отходов с высоким уровнем радио­активности можно переработать в менее чем 0,01 м 3 твердых отхо­дов. Твердые отходы помещаются в герметические металлические контейнеры. Такие контейнеры удобно хранить в соляных шахтах глубоко под землей, так как в мощные соляные пласты не прони­кают грунтовые воды и вследствие их пластичности уменьшается опасность появления трещин и разрывов во время землетрясений. Доля электроэнергии, вырабатываемой на атомных электростан­циях, с течением времени будет возрастать по мере увеличения их единичных мощностей. Зависимости удельных расходов на выра­ботку 1 кВт·ч электроэнергии (з ) от мощности (Р) тепловых и атомных станций приведены на рис.2.

Начиная примерно с 1000 МВт, а по послед­ним данным даже с мень­ших мощностей, оказы­вается экономически вы­годнее строить и эксплуа­тировать именно атомные электростанции, а не теп­ловые. Развитие всех электрических станций идет по пути увеличений мощностей единичных агрегатов, и поэтому в относи­тельно недалекой перспек­тиве следует ожидать широ­кого применения атомных станций. При достаточно больших мощностях они экономически значительно более выгодны. Увеличение мощностей агрегатов стан­ций, непрерывное совершен­ствование конструкций при­водят к относительному уменьшению необходимых площадей s и объемов v, приходящихся на 1 кВт установленной мощности (рис. 3). Резкое уменьшение объемов, требуемых для энергоустановок в 70-е годы (штриховая линия), происходит за счет использования закрытых конструкций, заполненных электроизолирующим газом, в которые помещают электрооборудование и в которых может быть сущест­венно уменьшено расстояние между токоведущими частями.

Рис. 2. Экономические показатели работы АЭС и ТЭС

Более крупные станции обладают лучшими техническими харак­теристиками, они в большей степени поддаются автоматизации и механизации процессов, что позволяет существенно повышать мощ­ности Р, приходящиеся на одного человека обслуживающего персо­нала. Все это, в конечном счете, облегчает решение проблемы со­кращения расходования обжитой территории.

В настоящее время уменьшение вредного влияния различных технических устройств, в том числе и энергетических, приобрело решающее значение при установлении их характеристик. Большие возможности уменьшения вредного влияния энергетики на биосферу безусловно заключаются в использовании электростанций, работающих на ядерном горючем. Этот путь уже сейчас весьма эффективен и будет еще более эффективен, когда в отдаленном будущем появится возможность использовать для целей энергетики управляемую реакцию термоядерного синтеза.

Уже сейчас к атомным электростанциям предъявляют весьма высокие требования в отношении надежности, так как аварийные нарушения в их работе могут сопровождаться интенсивным зара­жением окружающей местности. Так, при аварии на одной из анг­лийских атомных станций произошло заражение травы и близ рас­положенной местности, Из-за чего молоко в течение нескольких месяцев было непригодно к употреблению.

В отношении безопасности работы атомных станций имеются весьма пессимистические высказывания ряда зарубежных ученых. Американский ученый Брэнд Барнаби считает, что развитие ядер­ной энергии создает потенциальную угрозу для жизни всего чело­вечества, так как каждая атомная станция производит радиоак­тивный стронций в таком количестве, которого достаточно, чтобы все человечество получило дозу облучения, превышающую мак­симально допустимый уровень. Один инцидент на атомной станции равносилен бесчисленному множеству природных ка­тастроф.

Рис. 3. Изменение во времени характе­ристик энергоустановок

Под давлением со стороны общественных кругов США в некото­рых штатах создаются затруднения в выделении площадей под атомные станции - их намечают сооружать на баржах в океане.

Советские специалисты считают, что атомные электростанции при надлежащей их конструкции безопасны и не загрязняют окру­жающую среду. В нашей стране не разрешается выбрасывать ра­диоактивные отходы в атмосферу, моря и океаны. Радиоактивные отходы проходят обработку в очистительных сооружениях, где уро­вень радиации снижается до допустимых санитарными нормами величин, а затем подвергаются цементированию и укладыванию в специальные железобетонные сооружения.

Атомная энергетика в нашей стране развивается большими тем­пами, причем одновременно создаются эффективные средства защи­ты и повышается надежность станций. Атомные станции сооружа­ются в Советском Союзе во многих местах, в том числе и вблизи таких крупных городов, как Ленинград, Ереван и др. Существую­щая надежность их работы такова, что практически исключается опасность для жизни и здоровья людей.

Загрязнения окружающей среды почти не происходит при выра­ботке электроэнергии на станциях, использующих геотермическую энергию, энергию солнечной радиации, а также энергию ветра и приливов.

Таким образом, среди всех видов электрических станций тепло­вые станции, работающие на органическом топливе, более всего загрязняют атмосферу. В ряде стран современная техническая политика снижения загрязнений, в том числе наибольшего рассеи­вания выбросов на тепловых станциях, последовала после принятия специальных законодательных мер в отношении допустимого уров­ня загрязнения. Проблема газоочистки приобретает особую акту­альность и на ее решение расходуются значительные средства. Например, общие затраты за последние 5-6 лет в США на иссле­довательские работы по очистке дымовых газов составили 100 млн. долл. В настоящее время трудно точно оценить затраты на очисти­тельные сооружения. По предварительным прогнозам, при исполь­зовании современных технологических систем газоочистки они составят 30-70 долл./кВт. Так, например, для энергетического блока мощностью 550 МВт на ТЭС «Widow’s Creeck» стоимостью 65 млн. долл. запроектирована газоочистительная установка стои­мостью 35 млн. долл. Иными словами, расходы по уменьшению вы­бросов вредных веществ в атмосферу составляют более 50 % от стоимости энергоблока.

Современные газоочистительные установки позволяют в значи­тельной мере ограничить выброс. вредных веществ в атмосферу (рис. 4).

В случае, приведенном на рис. 4, а, отсутствуют газоочисти­тельные сооружения и применяется низкокачественное топливо. Ис­пользование природного газа для топок, а также установка очисти­тельных сооружений позволяют добиться больших успехов в оздо­ровлении окружающей среды (рис. 2.8, б) .

Рис. 4. Уменьшение загрязнения воздуха с помощью очи­стительных сооружений: а и б - до и после включения очистительных сооружений соответ­ственно

В связи е большими расходами на очистительные сооружения остро возникает вопрос об источниках финансирования. По мнению ряда зарубежных специалистов из капиталистических стран, реше­ние вопроса заключается в повышении цен на первичные энергоре­сурсы (нефть, уголь, газ).

Уменьшения загрязнения атмосферы намечается достичь также за счет ограничения в энергопотреблении, которое станет возмож­ным при увеличении эффективности использования энергии. Так, предполагается, что улучшение теплоизоляции жилых, производст­венных и прочих сооружении позволит примерно в два раза сокра­тить расходы на отопление и кондиционирование воздуха.

Помимо загрязнения атмосферы в ряде стран нормируется теп­ловое загрязнение электростанциями водоемов, что вызывает не­обходимость в дополнительных расходах на охлаждение воды.

Сбросы горячей воды в водоемы ио повышение вследствие этого их температуры приводят к нарушению экологического равновесия, установившегося в естественных условиях, что неблагоприятно влияет на флору и фауну.

Следует отметить, что в некоторых случаях можно извлечь пользу от повышения температуры водоемов, например, разводя в таких водоемах рыбу, приспособленную к повышенной темпера­туре. В результате введения новых норм на АЭС «Вгоwп Ferry» (США) в процессе ее строительства пришлось проектировать и ус­танавливать дополнительные сооружения по охлаждению воды, на которые потребовалось 36 млн. долл. I

Тепловое загрязнение водоемов может быть уменьшено с пере­ходом на замкнутые циклы использования воды.

При сооружении гидроэлектростанций необходимо учитывать весь комплекс проблем, связанных с изменением экологической сре­ды, затоплением территории, влиянием на самые различные отрас­ли народного хозяйства. ­

Передача электрической энергии на расстояние в основном осу­ществляется по проводам воздушных линий, которые распростра­няются на многие километры и под которые отводится большая площадь «отчуждения». Линии электропередач создают электромагнитные излучения, вызывающие помехи в работе систем связи.

Иногда высказываются суждения о том, что линии электропередач портят ландшафт местности. Эти суждения в какой-то мере справедливы, но, возможно, часто они носят временный и сугубо субъективный характер. Можно вспомнить, что сразу же после сооружения Эйфелева башня в Париже многими современниками воспринималась как уродливое строение, в то время как сейчас она символизирует Париж и воспринимается как одно из лучших его украшений.

Существующее вблизи проводов высоковольтных линий элект­ропередач электромагнитное поле неблагоприятно действует на организм человека. Исследования показывают, что в нормальном че­ловеческом организме величина заряда меняется с периодами в 6 часов и 27 суток. И на этот процесс окружающее электромаг­нитное поле оказывает заметное влияние. Существует определенная связь между магнитными бурями и состояниями больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Радиоволны с некоторыми частотами оказывают разрушительное влияние на живые клетки. На­пример, имеются данные о том, что при частоте излучений 27 мГц гибнет ряд растений и животных. По мнению биологов, жизнь ­- это тонкий электрический процесс. Возле электромагнитного поля могут изменяться электрохимические, а следовательно, и любые биохимические процессы в клетках. В то же время ни у растений, ни у животных не удалось обнаружить специальных магниточувстви­тельных органов. Однако несомненно, что магнитные и электриче­ские поля оказывают некоторое (не вполне ясное на сегодня) влияние на все живые организмы. .

Влияние сильных электромагнитных полей (изменяющихся с промышленной частотой 50 Гц) на человека к настоящему вре­мени пока мало изучено. Проведенные в нашей стране и за рубе­жом исследования показали, что сильное электромагнитное поле вызывает функциональное нарушение сердечно-сосудистой системы и нарушения невралгического характера. Вредные воздействия на человека сильных полей были замечены при вводе в эксплуатацию высоковольтных подстанций напряжением 400-750 кВ. Повторяю­щееся электромагнитное облучение человека приводит к накапли­вающимся (кумулятивным) эффектам, пока еще также не вполне изученным. Однако уже очевидно, что вредные последствия пребы­вания человека в сильном электромагнитном поле зависят от на­пряженности Е поля и от продолжительности его воздействия Т. Чем больше напряженность поля, тем меньшая продолжительность пребывания в нем человека допускается (рис. 5). При 20 кВ/м воздействие поляпроявляется немедленно в виде неприятных ощу­щений и последующих расстройств функций ор­ганизма. При 5 кВ/м не­приятных проявлений не наблюдается. Величина напряженности поля уменьшается с увеличе­нием расстояния от ис­точников излучения по­ля - проводов. Весьма важно установление до­пустимых безопасных расстояний от линий электропередач высокого напряжения до жилых по­строек.

При больших величинах напряженности электрического поля необходимо применять специальные защитные мероприятия, напри­мер использовать защитные экранирующие костюмы, сетки, умень­шающие эффект поля, и т. д.

Чтобы уменьшить расходы земли под полосы «отчуждения», ис­пользуют кабельные линии при вводах электропередач в крупные города. В энергетике перспективно применение сверхпроводящих и криогенных линий электропередачи. Сопротивление проводов та­ких линий близко к нулю, что позволяет использовать низкое на­пряжение и решить проблему изоляции проводников.

Громоздкие открытые распределительные устройства, занимаю­щие большие территории в городах, в будущем могут сооружаться закрытыми, наполненными изолирующим газом и расположенны­ми под землей.

Размещение электростанций по территории страны должно осу­ществляться с учетом загрязнения ими окружающей среды. Очевид­но, что станции, работающие на низкосортном топливе и наиболее интенсивно загрязняющие атмосферу, должны проектироваться вдали от крупных населенных пунктов. В некоторых странах элект­ростанции строятся в морях и океанах для устранения их вредного влияния на окружающую среду и в конечном счете на человека. В Японии и США уже выполнены проекты сооружения ТЭС и АЭС в море в 5-30 км от берега. Разработаны различные проекты выполнения этих станций: плавучими, на опорных конструкциях и по­груженными в воду в специальных сферических помещениях.

Рис. 5 Воздействие электромагнитного поля на живые организмы

Рис. 6. Схема установки для переработки мусора в топливо

Современная цивилизация сталкивается с проблемой переработ­ки огромных потоков отходов, количество которых с каждым годом возрастает в угрожающих масштабах. Отходы в виде свалок из груд ржавеющего металла, бумаги, дерева, картона, пластмасс ста­новятся неизменными спутниками пригородных ландшафтов. По­мимо твердых отходов увеличиваются выбросы в реки и водоемы жидких отходов. По предварительным подсчетам, в США общий объем жидких отходов к 2000 г. будет примерно равен объему всех рек в континентальной части страны. Только одним жителем стра­ны в течение суток выбрасывается в канализационную систему в среднем около 500 л жидких отходов.

По подсчетам, опубликованным в США в 1971 г., в 100 крупней­ших городах этой страны образовался 71 млн. т органических твер­дых отходов. Из этого количества можно было бы получить19,6 млрд. м 3 метана, пригодного для самых различных энергети­ческих целей.

Из органических твердых отходов, содержащих метан, газы можно получать тремя способами: путем анаэробного разложения, гидрогазификации и пиролитической конверсии.

Есть предложения построить завод, который будет вырабаты­вать из 0,5 т городского мусора 1500 кубических футов метана (1 кубический фут равен 0,028 м 3) в день. Стоимость производства метана на таком заводе составит около 1 долл. за миллион британ­ских единиц тепла (1 Вtu = 1,055 кДж) .

Мусор сначала должен измельчаться для получения однород­ных по размерам частиц, а после извлечения черных металлов с по­мощью мощных магнитов разделяться в воздушном «классифика­торе». Образовавшийся газ будет содержать 50-60 % метана и двуокись углерода и может использоваться в качестве топлива с низкой теплотворной способностью. Чтобы повысить теплотвор­ную способность, из него можно удалить двуокись углерода.

Шлам (лигнин, пластмассы, непереработанная целлюлоза) после фильтрования будет превращаться в брикеты, занимающие в два раза меньший объем, чем исходные материалы до загрузки в автоклав. Эти брикеты можно использовать как топливо на промыш­ленных предприятиях.

Проводятся эксперименты по получению метана из мусора или навоза путем гидрогазификации. Гидрогазификация предусматри­вает реагирование содержащих углерод веществ с водородом с образованием газа, состоящего в основном из метана. Реакция проходит с выделением тепла, что позволяет превращать городской мусор, содержащий большое количество влаги, в газ без дополни­тельного нагрева.

Как показали эксперименты, рассмотренным путем из обычного городского мусора можно получать газ, содержащий 70 % метана, а также этан и водород. При переработке навоза получается газ с 93 % -ным содержанием метана. Стоимость производства такого газа составляет менее 1 долл. за миллион британских единиц тепла.

Одна из американских фирм использует бактериальные топлив­ные элементы для получения из органических отбросов электро­энергии и метана. Электрический ток ионизирует воду, разлагая ее на кислород и водород. Водород, органические отбросы и метан направляются в пиролитический конвертор для производства «сы­рой нефти», горючего газа с теплотворной способностью 500 британ­ских единиц тепла на кубический фут, древесного угля и дегтя.

Результаты лабораторных испытаний показывают, что есть воз­можность получить из 1 т мусора 10-15 тыс. кубических футов га­за, содержащего 50 % метана.

Во многих городах США созданы или создаются установки для переработки отходов в сырье или энергию. Так, в Балтиморе по­строена установка для пиролиза тысяч тонн мусора в день с целью выработки тепла, которое будет использоваться в теплофикацион­ной сети. В Чикаго к концу 1976 г. закончилось строительство ус­тановки для переработки в топливо 1 тыс. Т мусора в день. После пуска этой установки город экономит на топливе 2 млн. долл. в год.

Около 300 американских городов с населением более 10 тыс. человекв течение ближайших 5 лет намерены осуществить проекты утилизации мусора. Теплотворная способность мусора составляет 13,4 МДж на 9,8 Н. Всего по стране в мусоре содержится количест­во энергии, равное 1,5 % общего потребления энергии в США.

Природные возможности естественной переработки и вторичного использования отходов весьма ограничены. Поэтому перед челове­ком возникает настоятельная необходимость в эффективной пере­работке и вторичном использовании отходов, которая явилась как бы развитием естественных свойств природы. Решение этой проблемы возможно будет лишь в том случае, если удастся полу­чить очень дешевый источник энергии практически неограниченной мощности. Наиболее реальна перспектива переработки отходов в термоядерной «горелке». Если в поток плазмы с температурой порядка 100000 0 С, создаваемой в термоядерном реакторе, помес­тить обычное вещество, то в нем произойдет разрушение всех мо­лекулярных связей и частичная ионизация. Перерабатывая отходы в термоядерной горелке, можно будет получать сверхчистые метал­лы, неметаллические вещества, газы и т. д. Реализация таких про­ектов, однако, дело отдаленного будущего. Тем не менее уже сегодня в этом направлении ведутся научные исследования.

.

Министерство высшего образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Иркутский Государственный Технический Университет

Реферат

По дисциплине: «Экология энергетики Сибири»

Влияние объектов энергетики на природную среду

Выполнил: студент гр. ЭП-зу-10

Садовников Е.С.

Проверил: Суслов К.В.

Иркутск 2011 г.

Введение 3

Основные концепции надежности и экологической безопасности объектов энергетики 4

Проблемы энергетики 6

1. Основные проблемы тепловой энергетики 7

   Экологические проблемы гидроэнергетики 10

Некоторые пути решения проблем современной энергетики 14

Заключение 16

Список литературы 17

1.Введение

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепло- и электроэнергии и т.д.

2.Основные концепции надежности и экологической безопасности объектов энергетики

Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения.

Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу.

Увеличение напоров и объемов водохранилищ гидроузлов, продолжение использования традиционных видов топлива (уголь, нефть, газ), строительство АЭС и других предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) выдвигают ряд принципиально важных задач глобального характера по оценке влияния энергетики на биосферу Земли. Если в предыдущие периоды выбор способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта и др. и назначение основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) проводились в первую очередь на основе минимизации экономических затрат, то в настоящее время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики.

Это, прежде всего, относится к ядерной энергетике (АЭС и другие предприятия ЯТЦ), крупным гидроузлам, энергокомплексам, предприятиям, связанным с добычей и транспортом нефти и газа и т.п. Тенденции и темпы развития энергетики сейчас в значительной степени определяются уровнем надежности и безопасности (в том числе экологической) электростанций разного типа. К этим аспектам развития энергетики привлечено внимание специалистов и широкой общественности, вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы, однако сама концепция надежности и безопасности потенциально опасных инженерных объектов остается во многом мало разработанной.

Развитие энергетического производства, по-видимому, следует рассматривать как один из аспектов современного этапа развития техносферы вообще (и энергетики в частности) и учитывать при разработке методов оценки и средств обеспечения надежности и экологической безопасности наиболее потенциально опасных технологий.

Одно из важнейших направлений решения проблемы – принятие комплекса технических и организационных решений на основе концепций теории риска.

Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего времени практически количественно не учитываемого риска для населения и окружающей среды. Под надежностью объекта понимается его способность выполнять свои функции (в данном случае – выработка электро- и тепловой энергии) в заданных условиях эксплуатации в течение срока службы. Или наиболее подробно: свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Под экологической безопасностью понимается сохранение в регламентируемых пределах возможных отрицательных последствий воздействия объектов энергетики на природную среду. Регламентация этих негативных последствий связана с тем, что нельзя добиться полного исключения экологического ущерба.

Отрицательные последствия воздействия энергетики на окружающую среду следует ограничивать некоторым минимальным уровнем, например, социально-приемлемым допустимым уровнем. Должны работать экономические механизмы, реализующие компромисс между качеством среды обитания и социально-экономическими условиями жизни населения. Социально-приемлемый риск зависит от многих факторов, в частности, от особенностей объекта энергетики.

В силу специфики технологии использования водной энергии гидроэнергетические объекты преобразуют природные процессы на весьма длительные сроки. Например, водохранилище ГЭС (или система водохранилищ в случае каскада ГЭС) может существовать десятки и сотни лет, при этом на месте естественного водотока возникает техногенный объект с искусственным регулированием природных процессов - природно-техническая система (ПТС). В данном случае задача сводится к формированию такой ПТС, которая обеспечивала бы надежное и экологически безопасное формирование комплекса. При этом соотношение между основными подсистемами ПТС (техногенным объектом и природной средой) может быть существенно различным в зависимости от выбранных приоритетов – технических, экологических, социально-экономических и др., а принцип экологической безопасности может формулироваться, например, как поддержание некоторого устойчивого состояния создаваемой ПТС.

Другой оказывается постановка задачи оценки возможных последствий для окружающей среды при создании объектов ядерной энергетики. Здесь под экологической безопасностью понимается концепция, согласно которой при проектировании, строительстве, эксплуатации и снятии с эксплуатации АЭС, а также других объектов ЯТЦ предусматривается и обеспечивается сохранение региональных экосистем. При этом допускается некоторый экологический ущерб, риск которого не превосходит определенного (нормируемого) уровня. Этот риск минимален в период штатной эксплуатации АЭС, возрастает при возведении объекта и снятии его с эксплуатации и, особенно – в аварийных ситуациях. Необходимо учитывать влияние на окружающую среду всех основных факторов техногенного воздействия: радиационного, химического теплового (с учетом их возможного нелинейного взаимодействия). Следует иметь в виду и различные масштабы возможных последствий: локальный (тепловое пятно сброса подогретых вод в водоемы и водотоки), региональный (выброс радионуклидов), глобальный (рассеяние долгоживущих радионуклидов по биосферным каналам). Если же создается крупное водохранилище-охладитель, то, как в случае гидроэнергетического объекта, должна ставиться задача об экологически безопасном функционировании сложной ПТС (с учетом отмеченной специфики АЭС).

Аналогичный круг вопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологической безопасности объектов теплоэнергетики: учет теплового и химического воздействия на окружающую среду, влияние водоемов-охладителей и т.п. Кроме того, для крупных ТЭС на твердом топливе (уголь, сланцы) возникают проблемы надежной и безопасной эксплуатации золоотвалов – сложных и ответственных грунтовых гидросооружений. И здесь надо ставить задачу о безопасном функционировании ПТС «ТЭС – окружающая среда».

3. Проблемы энергетики

Современный период развития человечества иногда характеризуют через три «Э»: энергетика, экономика, экология. Энергетика в этом ряду занимает особое место. Она является определяющей и для экономики, и для экологии. От нее в решающей мере зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, экосистемы и биосферу в целом. Самые острые экологические проблемы (изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды и другие) прямо или косвенно связаны с производством, либо с использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только в химическом, но и в других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном, электромагнитном, радиоактивном. Поэтому не будет преувеличением сказать, что от решения энергетических проблем зависит возможность решения основных экологических проблем. Энергетика - это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся (некоторое замедление их в промышленно развитых странах компенсируется ростом энерговооруженности стран третьего мира), поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

Какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;

Можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;

Каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду. Познакомимся с основными экологическими последствиями современных способов получения и использования энергии.