Топливно-энергетический комплекс России и его воздействие на окружающую среду

велики – только в недрах Западной Сибири имеется целое море кипятка,

превосходящее по объему Средиземное.

Однако основным направлением в геотермальной энергетике является

использование сухих раскаленных пород в глубине Земли. Бурение

сверхглубоких скважин, закачка воды, её разогрев и подача пара по

параллельной скважине – замкнутый цикл. Эта работа начата в США, Японии,

Италии, Новой Зеландии.

Солнечная энергия пока используется в основном для низкотемпературного

нагревания воды при отоплении жилищ. Первая наша СЭС была построена в

Крыму. Работала она на гелиостатах – нагревание сфокусированными солнечными

лучами воды в емкости, а дальше – обычный процесс производства

электроэнергии с помощью пара.

Разработаны уже более эффективные пути использования гелиоэнергии –

непосредственное преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью

фотоэлементов. Использование в фотоэлементах полупроводников на основе

галлия позволяет получать КПД порядка 12%. В Японии строятся первые СЭС

такого типа.

Приливно-отливные электростанции используют энергию напора воды,

который создается между морем и отсеченным от него плотиной заливом. Первой

такой станцией является Кислогубская ПЭС (400 кВт), которая назодится в

хорошем состоянии.

2. Воздействие на окружающую среду.

ТЭК России – один из крупнейших в промышленности загрязнителей

окружающей среды: в 1997 г. на его долю пришлось 47,7% общих выбросов

вредных веществ в атмосферу в промышленности (39,1% - по России) и до 70%

парниковых газов, 27% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные

объекты и более 30 % твердых отходов. Большое количество отходов,

образовавшихся на предприятиях ТЭК в предыдущие десятилетия, находится в

отвалах и шламонакопителях. В электроэнергетике, например, в отвалах

накоплено свыше 1,2 млрд. т золошлаковых отходов.

2.1. Выбросы в атмосферу. По данным Госкомстата России суммарный объем

выбросов вредных веществ в атмосферу предприятиями энергетической,

нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, газовой и угольной отраслей

снизился почти на 6,1% по сравнению с предыдущим годом (93,9% к уровню 1996

г.) и составил 7558,5 тыс. т , из них 58,6% - выбросы предприятий тепло- и

электроэнергетики. Незначительное повышение выбросов вредных веществ

зафиксировано только в нефтедобывающей промышленности, которая опередила в

1997 г. остальные отрасли ТЭК по приросту выбросов твердых веществ (на

27,4%), оксидов азота (на 19,3%), сернистого ангидрида (на 16,0%) и оксида

углерода (на 10,3%)

Из 316 предприятий – основных загрязнителей атмосферного воздуха почти

половина (49,4%) приходится на ТЭК.

В 1997 г. на предприятиях электроэнергетики образовалось 8,1 млн.т

токсичных отходов, нефтеперерабатывающей промышленности – 0,76 млн. т,

газовой – 0,06 млн.т, угольной промышленности – 0,15 млн. т.

Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в

атмосферу и во время пребывания там ведущие себя по-разному (изменяется

температура, свойства, фазовые и агрегатные состояния, образуются и

разлагаются химические соединения, смеси) называются примесными выбросами.

Происходящие в продуктах сгорания при движении их в пределах

энергоустановки, изменения обусловлены высокими абсолютными температурами,

большими перепадами температур, высокими скоростями движения,

взаимодействием с конструкционными материалами (огнеупорные и изоляционные

материалы, металлы и сплавы), а также взаимодействиями, происходящими в

этих условиях.

При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой,

жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут

проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по

массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия

с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным

излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.

В результате состав выбросов может существенно измениться, могут

образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности,

токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно

отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с

достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления,

касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.

2.1.1.Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и

азота.

Окислы углерода практически не взаимодействуют с другими веществами в

атмосфере и время их существования почти не ограничено. К числу примесей

относятся, прежде всего, окись и двуокись углерода. Свойства СО2 и СО,

как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются

избирательностью в небольших участках спектра. Так, для СО2 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, так

как уменьшается плотность газа.

Сера. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов

энергоустановок является сернистый ангидрид - SO2. Он составляет примерно

99% выбросов сернистых соединений, содержащихся в уходящих газах

котлоагрегатов. Его удельная масса составляет 2,93 кг/м^3, температура

кипения 195 гр. по Цельсию. Продолжительность пребывания SО2 в атмосфере

сравнительно невелика. В присутствии аммиака и некоторых других веществ

время жизни SО2 исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом

воздухе оно достигает 15-20 суток.

Воздействие серы на людей, животных и растения, а также на различные

вещества разнообразна и зависит от концентрации и от различных факторов

окружающей среды.

Азот. В процессе горения азота образует с кислородом ряд соединений:

N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, свойства которых существенно различаются

(табл. 2.1.).

Таблица 2.1. Физико-химические свойства азота.

|Свойства |Окислы |

| |N2O |NO |N2O3 |NO2 |N2O4 |N2O5 |

|Плотность, кг/м^3 |1,98 |1,34 |- |1,491 |1,491 |- |

|Критическое | | | | | | |

|давление, МПа |7 |6,35 |- |98 |- |0,14 |

|Критическая | | | | | | |

|температура, гр. по|36,4 |-93,2 |- |158 |- |41 |

|Ц. | | | | | | |

|Температура кипения| | | | | | |

|в нормальных | | | | | | |

|условиях, гр. по Ц.|-89,5 |-151,8 |3,5 |21,15 |- |45 |

|Температура | | | | | | |

|плавления, гр. по |-102,4 |-163,6 |-102 |- |-11,2 |29,3 |

|Ц. | | | | | | |

|Молекулярная | | | | | | |

|масса, а. е. м. |44,01 |30,01 |76,01 |46 |92,01 |108,0|

| | | | | | |1 |

Время существования окислов азота характеризуется сроком от 100 часов

до 4,5 лет.

Аэрозоли подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые

в атмосферу, и вторичные - образуемые при превращениях в атмосфере. Время

существования аэрозолей в атмосфере колеблется от минут до месяцев, в

зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли на высоте 1 км существуют

2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких

месяцев.

2.1.2.Выбросы твердых частиц. Размеры частиц могут сильно отличаться.

Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и

свойств, а также от свойств воздуха. Значительная доля примесей выпадает

вблизи источника. Для тяжелых примесей характерна меньшая зависимость от

толщины приземного слоя, чем для легких. Вследствие большой дисперсности

частиц максимумы их концентрации разнесены в пространстве.

2.1.3.Выбросы влаги. Поступление влаги в атмосферу от энергетических

объектов вызывается различными процессами, имеющими различные температуры и

энергии (сгорание топлива, продувки, протечки и др.).

Поведение влаги в атмосфере, в свою очередь, отличается разнообразием

и связано с локальными концентрациями и фазовыми переходами. Как и другие

газообразные вещества, водяной пар имеет линейчатый спектр поглощения. С

увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощающая

способность уменьшается.

Количественная оценка поведения влаги в атмосфере может производиться

только на фоне естественного атмосферного влагосодержания, которое зависит

от взаимодействия с гидросферой и литосферой, а также с тепловыми

процессами.

Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу подвергаются наиболее

детальному и глубокому изучению.

2.2. Выбросы на земную поверхность и в гидросферу. Можно выделить

несколько групп наиболее важных взаимодействий энергоустановок с

конденсированными компонентами окружающей среды:

- водопотребление и водоиспользование, обуславливающие изменение

естественного материального баланса водной среды (перенос солей,

питательных веществ и др.).

- осаждение на поверхность твердых выбросов продуктов сгорания

органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, ее

цветности, альбедо и пр.

- выпадение на поверхность в виде твердых частиц и жидких растворов

продуктов выбросов в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков;

металлов и их соединений; канцерогенных веществ.

- выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов

сжигания твердых топлив (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки

поверхностей нагрева (сажа, зола и пр.).

- выбросы на поверхность воды и суши жидких и твердых топлив при

транспортировке, переработке, перегрузке.

- выбросы твердых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемые

условиями их распространения в гидро - и литосфере.

- выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: локальное

постоянное повышение температуры в водоеме; временное повышение

температуры; изменение условий ледостава зимнего гидрологического режима;

изменение условий паводков; изменение распределений осадков, испарений,

туманов.

- создание водохранилищ в долинах рек или с использованием

естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов-

охладителей, что вызывает: изменение качественного и количественного

состава речных стоков; изменение гидрологии водного бассейна; увеличение

давления на дно, проникновение влаги в разломы земной коры и изменение

сейсмичности; изменение условий рыболовства, развития планктона и водной

растительности; изменение микроклимата; изменения условий отдыха,

спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.

- изменение ландшафта при сооружении разнородных энергетических

объектов, потреблении ресурсов литосферы в том числе: вырубка лесов,

изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов;

взаимодействие берегов с водохранилищами.

- воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия

водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шельфов.

Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный

круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между гидро -, лито-

и атмосферой.

Приведенная группировка разнородных влияний энергетики на гидро - и

литосферу условна, так как все указанные взаимодействия связаны между собой

и каждое взаимодействие не может рассматриваться изолированно, что

затрудняет и количественные оценки.

В соответствии с принятыми моделями анализа взаимодействия

энергетических установок с окружающей средой, раздельно рассмотрим влияние

ТЭС и АЭС.

ТЭС. Из анализа общих схем взаимодействия энергетических установок с

окружающей средой следует, что основным фактором взаимодействия ТЭС с

водной средой является потребление воды техническими системами

водоснабжения, в том числе безвозвратное потребление воды. Основная часть

расхода воды в этих системах - на охлаждение конденсаторов паровых турбин.

Остальные потребители технической воды (системы золо - и шлакоудаления,

химводоотчистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 7%

общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются

основными источниками примесного загрязнения.

Водный баланс ТЭС зависит от организации системы технического

водоснабжения. Для системы гидрозолоудаления используется вода из системы

охлаждения подшипников. На химводоотчистку может поступать циркуляционная

вода после выхода ее из конденсаторов.

При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС

мощностью 300МВт образуется до 10 тыс. кубических метров разбавленных

растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и

других веществ.

Ведущиеся наблюдения и исследования выявляют воздействие ТЭС на

водный бассейн в зависимости от конструкции подводящих и отводящих каналов,

фильтров, сбросных устройств.

АЭС. Радиационное воздействие сбросов ядерных энергетических

установок на водную среду наиболее полно рассмотрено в трудах симпозиума,

проведенного в 1975 году МАГАТЭ, где указаны пути поступления радионуклидов

в гидросферу, их распространение и роль в различных компонентах гидросферы.

Особое внимание уделено радиоактивным изотопам плутония, что объясняется

перспективностью этого горючего для АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.

В исследовании воздействия АЭС на водный бассейн используется также

способность некоторых растений и веществ (растворенных в воде и

содержащихся в донных отложениях) накапливать радиоактивные изотопы в

концентрациях, на несколько порядков превышающих равновесные в окружающей

воде.

Двухступенчатая система обработки жидких радиоактивных отходов с

коэффициентами дезактивации 10^2 на 1-ой ступени и 10^4 на 2-ой

обеспечивает извлечение плутония из воды до концентрации, ниже допустимой.

По данным Аргонской национальной лаборатории, в озере Мичиган, на берегах

которого расположено восемь ядерных реакторов, суммарная концентрация

долгоживущих радионуклидов намного меньше естественного фона. Природное

состояние по этому параметру не нарушается.

Результаты других явлений выявили неблагоприятные показатели.

Например, сбросы плутония в Ирландское море примерно в тысячу раз выше

фонового уровня глобальных выпадений.

Опубликованные материалы исследований в целом приводят к выводу, что

при существующих уровнях воздействия ядерной энергетики на гидросферу (и

методы контроля выбросов) освоенные типы ядерных энергетических установок

не представляют собой угрозы нарушения локальных или глобальных равновесных

процессов в гидросфере и ее взаимодействия с другими оболочками Земли.

Все другие виды воздействий АЭС на гидро - и литосферу, не связанных

с радиоактивностью (влияние системы водоснабжения, подводящих и отводящих

каналов, фильтров), качественно не отличаются от аналогичных воздействий

ТЭС.

Основными видами примесных выбросов энергетических объектов,

поступающих на поверхность гидро - и литосферы, являются твердые частицы,

выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль,

зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки

и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидро -

и литосферы является жидкое топливо, его компоненты и продукты его

потребления и разложения.

В таблице 2.2 приведен основной состав золы твердых топлив,

сжигаемых в топках котлов ТЭС некоторых стран СЭВ.

Важную роль в загрязнении гидросферы играет нефтяная промышленность.

С середины текущего столетия началось интенсивное развитие добычи нефти и

газа в зоне шельфов. В 1960 году морские нефтяные промыслы имели 7 стран и

16 стран вели разведку нефти и газа, к 1975 году эти цифры увеличились

соответственно до 28 и 75. В 45 странах ведется бурение в открытом море. В

мировой добыче нефти доля из морских месторождений достигла 20%.

Предполагается, что в 2000 году она превысит 30%.

По оценкам экспертов ООН, в процессах добычи, переработки,

транспортировки выбросы нефтепродуктов в водный бассейн достигают десятков

миллионов тонн в год, в том числе из танкеров не менее миллиона тонн в год.

В Балтийское море ежегодно сбрасывается около 10 тыс.т, в Средиземное

море - около 300 тыс. т нефти. Примерно 4,5 млн.т нефтепродуктов поступает

в моря и океаны со сточными водами суши.

Благодаря своим физико-химическим свойствам, нефтепродукты быстро

распространяются по поверхности воды, образуя пленки толщиной до долей

миллиметра. Легкие отдельные фракции нефтепродуктов испаряются, и толщина

пленки может уменьшаться до молекулярных размеров. Тончайшие пленки на

спокойной поверхности сохраняют высокую устойчивость. В связи с

неопределенностью состава загрязнений гидросферы и различными условиями и

длительностью их существования отсутствует единый взгляд на условия

примесных выбросов в гидросфере.

Таблица 2.2. Состав золы (%) основных видов твердых топлив некоторых стран

СЭВ (по данным 1981 года).[6]

|Страна, топливо|SiO2 |Al2O3 |Fe2O3 |CaO+MgO |Горючие |

| | | | | |компоненты |

|НРБ | | | | | |

|каменный уголь |40,5-55 |26,9-42,0 |5,0-13,0 |4,5-8,4 |18,0-24,0 |

|бурый уголь |40,0-60,0 |18,0-30,0 |4,0-16,0 |3,3-45,0 |0,5-1,5 |

|лигнит |50,1-53,6 |29,5-31,6 |6,0-7,0 |8,9-10,9 |2 |

|ВНР | | | | | |

|каменный уголь |55,8 |26,5 |9,8 |3,3 |2,0-3,0 |

|бурый уголь |22,5-51,6 |13,9-23,9 |2,9-2,9 |7,6-45,5 |2,0-3,0 |

|лигнит |59,6 |22,2 |2,1 |2,8 |2,0-3,0 |

|ГДР | | | | | |

|бурый уголь |6,7-80,5 |2,0-31,7 |2,3-32,1 |2,1-45,9 |- |

|ПНР | | | | | |

|каменный уголь |44,1-49,7 |24,2-27 |10,7-14,3 |3,5-7,9 |- |

|бурый уголь |49,9 |30,4 |3,7 |6,0-47,0 |- |

|СССР | | | | | |

|каменный уголь |39,0-64,7 |22,0-30,0 |4,7-22,0 |1,2-10,5 |1,0-25,0 |

|бурый уголь |30,0-55,0 |13,0-40,0 |4,0-18,0 |2,7-40,0 |1,0-2,0 |

|сланцы |20,0-33,0 |5.0-13,0 |4,0-8,0 |46,0-62,0 |1 |

|торф |10,0-80,0 |4,0-20,0 |2,0-55,0 |2,0-65,0 |2,0-4,0 |

|ЧССР | | | | | |

|каменный уголь |52 |27,2 |9,4 |6 |7,6 |

|бурый уголь |52,1 |33,2 |5,5 |4,1 |1,2 |

|лигнит |57,3 |19,3 |8,8 |9,9 |1,6 |

В целом можно отметить, что в настоящее время отсутствуют объективные

критерии оценок значимости воздействия примесных выбросов на поверхность

гидро - или литосферы, как в региональном, так и в глобальном масштабе.

Основные факторы воздействия энергетических объектов на поверхность и массу

литосферы показаны в таблице 3.3.

Таблица 2.3. Факторы воздействия энергетических объектов на литосферу.

|объект |фактор воздействия |

|ТЭС на органическом|А. Добыча топлива (образование шахт и |

| |терриконов) |

|топливе |Б. Переработка и транспортировка топлива |

| |В. Нарушение устойчивости грунта работой |

| |механизмов |

| |Г. Изъятие территорий (строительство |

| |зданий, |

| |прокладка подводящих и отводящих каналов, |

| |дорог и пр.) |

| |Д. Загрязнение отходами (образование |

| |золоотвалов, |

| |выгрузка продуктов переработки топлива и |

| |др.) |

| |Е. Изменение альбедо поверхности. |

|АЭС |А. Добыча ядерного топлива |

| |Б. Переработка и транспортировка топлива |

| |В. Нарушение устойчивости грунта работой |

| |механизмов |

| |Г. Изъятие территорий |

| |Д. Захоронение отходов |

|ГЭС |А. Строительство плотин |

| |Б. Создание водохранилищ |

| |В. Изменение сейсмичности |

| |Г. Воздействие на подземные воды |

| |Д. Изменение альбедо поверхности |

|Линии |А. Изъятие территорий |

|электропередач | |

|и электроподстанции|Б. Вырубка лесов |

| |В. Возникновение блуждающих потоков |

| |Г. Возникновение шумов |

| |Д. Образование зон повышенной напряженности|

| |электромагнитных полей |

|Теплотрассы |А. Изъятие территорий |

| |Б. Изменение термического режима |

Заключение

Итак, несмотря на то, что неисчерпаемые источники имеют огромный

энергетический потенциал, человек для удовлетворения своих нужд использует

в основном невозобновимые источники энергии. Как следствие, возникает

необходимость их рационального использования и контроля за выбросами. В

нашей стране и во всем мире эксплуатация полезных ископаемых в большинстве

случаев идет иррационально. В результате этого окружающей среде наносится

непоправимый вред. Примером может служить появление парникового эффекта.

Все это может привести к еще большему ухудшению экологической обстановки,

исчерпанию природных ресурсов и, в конечном счете, к энергетическому

кризису и тепловой катастрофе. Наиболее приемлемым и возможным в данной

ситуации выходом из создавшегося положения может стать переход к

нетрадиционным, неисчерпаемым и экологически чистым источникам энергии:

солнечная энергия, энергия ветра, Мировой океан и т.д.

Список литературы

1. Антропов П. Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. 1980г.

2. Берковский Б. М. Возобновимые источники энергии на службе у человека.

1987г.

3. Будыко М. И. Глобальная экология. 1977г.

4. Горшков В. Г. Теоретические и общие вопросы географии. Том 7. 1990г.

5. Скалкин Ф. В. Энергетика и окружающая среда. 1989г.

Страницы: 1, 2