Отрицательное воздействие на окружающую среду при производстве электрической энергии

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 – С0₂, S0₂, 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.

Поиск по сайту: