Экологическая опасность современных энергетических комплексов. Экология и энергетика Экологическая энергетика

1.5.1. Экологический аспект производства и передачи электроэнергии

Выработка электроэнергии сопряжена с отрицательными воздействиями на окружающую среду. Энергетические объекты по степени влияния принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на окружающую среду планеты. Объекты электроэнергетики, прежде всего ТЭС, воздействуют на атмосферный воздух выбросами загрязняющих веществ, на природные воды - сбросами в водные объекты загрязненных сточных вод, используют значительное количество водных и земельных ресурсов, загрязняют окружающие территории золошлаковыми отходами. Масштабы этого воздействия в России более детально охарактеризованы в 11.8. Что касается передачи электроэнергии по линиям электропередач, то по сравнению с перевозкой разных видов топлива и их перекачкой по системам трубопроводов она экологически безопасна.

На современном этапе проблема взаимодействия энергетических объектов и окружающей среды приобрела новые черты, оказывая влияние на огромные территории, реки и озера, атмосферу и гидросферу Земли. Более значительные объемы энергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейшее расширение области воздействия 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. Ранее при выборе способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта, установления основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) руководствовались в первую очередь минимизацией экономических затрат. В настоящее время на первый план выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики на окружающую среду.

Принято выделять три уровня экологических ограничений:

• локальный - нормативы абсолютных и удельных экологических показателей работы энергопредприятия;
• региональный -ограничения на трансграничные потоки выбросов SO 2 и NO x энергопредприятий, расположенных на европейской территории России;
• глобальный уровень - ограничения на валовый выброс парниковых газов (СО 2).

Отнесение выбросов парниковых газов к разряду экологических проблем всегда было дискуссионным, поскольку CO 2 не является загрязнителем окружающей среды. Существуют его естественная и антропогенная эмиссии. Влияние антропогенной эмиссии на глобальное потепление, да и сам факт глобального потепления, вызывал многочисленные споры. В 2005–2006 гг. работы Межправительственной группы экспертов по изменению климата убедительно доказали факт глобального потепления и его зависимость от антропогенной эмиссии СО 2.

Реализация «Рамочной Конвенции ООН об изменении климата» и Киотского протокола к ней (эта проблематика рассмотрена в 11.8) привели к формированию в ряде стран систем управления ограничениями эмиссии CO2, основанных на сочетании государственных решений по размерам ограничений и сокращений, и рынков сокращений CO2. Можно говорить о том, что в мире формируется глобальная система управления процессом сокращения антропогенной эмиссии парниковых газов.

Борьба с глобальными изменениями климата всё в большей мере влияет на экономическую политику стран. Эта борьба становится одной из важнейших социальных целей экономической политики, определяя её эволюцию в сторону инновационной экономики и уход от сырьевой ориентации.

Поэтому проблематика ограничения выбросов парниковых газов оформилась в самостоятельную предметную область, очень тесно связанную с экологической политикой, но всё же отличающуюся от неё глобальностью подхода, комплексностью и разнообразием инструментария для решения проблем. Этот инструментарий включает в себя применение специальных моделей для глобального моделирования вариантов развития экономико-энергетического комплекса на долгосрочный период. Наиболее известные из них – это модельный комплекс MARKAL и его усовершенствованная версия TIMES, разработанные под эгидой Международного энергетического агентства (МЭА) и применяющиеся во многих странах мира. Инструментарий ограничения и сокращения выбросов парниковых газов включает в себя комплекс мер по повышению энергоэффективности экономики, применению наилучших существующих и появляющихся технологий производства и потребления энергии, введение платы за выбросы парниковых газов и рыночных механизмов торговли сокращением выбросов СО 2 .

В отличие от проблематики парниковых газов, традиционные экологические проблемы имеют преимущественно локальный и региональный характер.

Создание в электроэнергетической отрасли новых генерирующих компаний, перспективы интеграции отечественных и зарубежных рынков электроэнергии определяют актуальность разработки новой экологической политики в области электроэнергетики. Ее основная цель - создание условий и разработка системы мер, обеспечивающих надежное и экологически безопасное производство, транспорт и распределение энергии при соблюдении норм и требований природоохранного законодательства.

При разработке экологической политики в электроэнергетике необходимо учитывать неизбежный переход национального законодательства к принципу использования наилучших существующих технологий и введению технических нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ в окружающую среду.

Приоритетные направления по использованию наилучших существующих технологий в электроэнергетике (кроме атомной) определены концепцией технической политики РАО «ЕЭС России». В указанном документе приведены наиболее прогрессивные технические решения и охарактеризованы наилучшие существующие технологии, которые должны применяться при проектировании, эксплуатации, реконструкции и строительстве энергопредприятий.

Следует учитывать, что реализация перспективных технологий в электроэнергетике, включая использование парогазовых технологий и технологии циркулирующего кипящего слоя на ТЭС, в ряде случаев (в промышленных центрах и других местах с повышенной антропогенной нагрузкой на окружающую среду, а также вблизи особо охраняемых природных территорий) далеко не всегда согласуется с требованием обеспечить жесткие нормативы качества окружающей среды. В этом случае необходимо внедрение специальных природоохранных мер.

1.5.2. Особенности экологических проблем ТЭС и ГЭС, пути их решения.

К экологическим проблемам тепловых электрических станций , использующих для выработки электрической и тепловой энергии ископаемое топливо, относятся выбросы оксидов азота, двуокиси серы, твердых частиц, а также выбросы СО2 в атмосферу, сбросы загрязняющих веществ в водоемы, наличие большого количества отходов золошлаковых материалов и низкий уровень их полезного использования.

Оксиды серы и оксиды азота представляют серьезную экологическую проблему. При увеличениях концентрации этих загрязняющих веществ возрастает число заболеваний дыхательных путей, в первую очередь среди людей старшего поколения. Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту (степень их опасности зависит от размеров: пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли или частицы могут проникать в самые дальние участки легких. Степень вредного воздействия пропорциональна концентрации загрязняющих веществ).

Также, в результате реакции между водой и оксидами серы (SO2) и азота (NOх) образуются кислотные дожди (выделяющиеся двуокись серы и окислы азота в атмосфере земли трансформируются в кислотообразующие частицы, которые вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, выпадающие в качестве кислотных дождей). Кислотные дожди создают угрозу существования биосферы и самого человека, являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев и растительности, ускоряют разрушение зданий и памятников культуры, трубопроводов, понижают плодородие почв.

Твердые частицы - золы уноса тепловых электростанций в атмосферу (в объеме более 3 млн. тонн в год) также оказывают негативное воздействие на органы дыхания человека и животных, лесные угодья, водные объекты.

Зола и шлаки - золошлаковые отходы угольных ТЭС, размещаемые в золоотвалах, которые уже сейчас занимают более 22 тыс. га земельных площадей. Удаление и утилизация золошлаковых отходов - одна из основных экологических проблем угольных ТЭС. Существующая в настоящее время практика использования гидрозолоудаления с последующим хранением золошлаковых отходов не соответствует перспективным требованиям и не позволяет эффективно использовать золошлаковые материалы в строительной индустрии, приводя к увеличению накопления золошлаков в отвалах на 25-30 млн. тонн в год.

Сбросы загрязняющих веществ в водоемы не должны превышать ассимилирующую способность водных объектов (способность принять определенную массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования), используемых для питьевого и хозяйственного водоснабжения, в рыбохозяйственных и других целях.

Выбросы СО2: на долю электроэнергетики России приходится около четверти парниковых газов, выбрасываемых промышленными стационарными источниками. В условиях постоянного внимания со стороны международных и российских организаций вопросам изменения климата, в электроэнергетической отрасли должны жестко контролироваться уровни собственной эмиссия СО2.

Экологические проблемы ТЭС, использующих в качестве топлива уголь, выражены гораздо более сильно, чем для газовых электростанций. Об этом свидетельствуют данные, приведенные в таблице 1.5.1.

Таблица 1.5.1

Выбросы загрязняющих веществ на ТЭС при выработке 1 МВт.ч (при сжигании угля и газа)

Поэтому основное внимание при разработке природоохранных технологий уделяется ТЭС, использующих уголь.

Как показано в п. 1.4, в целом ряде подотраслей и видов производства имеет место отставание технического уровня российской электроэнергетики от мировых образцов. Без внедрения нового и модернизации существующего природоохранного оборудования на действующих российских ТЭС при номинальной их загрузке нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) могут быть превышены уже к 2015 году: по зольным твердым частицам - на 50% ТЭС, по оксидам азота - на 44% ТЭС, по оксиду серы - на 25% ТЭС.

Перечень решений экологических проблем на действующих ТЭС включает в себя технологические методы подавления оксидов азота и внедрение систем азотоочистки, специальные сероочистные установки, высокоэффективные золоуловители, передовые технологии обработки воды и утилизации золошлаков. В целом для ТЭС следует использовать дифференцированный подход - в зависимости от вида топлива, мощности и срока эксплуатации оборудования:

• котельные установки с пониженными параметрами (9 МПа/510 °С и 2,9 МПа/420 °С) и сданные в эксплуатацию еще в 50-е гг. прошлого века должны быть демонтированы, как только появится возможность обеспечить потребителей тепловой и электрической энергией из других источников;
• на котлах, которые еще длительное время будут работать на твердом и газомазутном топливе, провести набор мероприятий для снижения выбросов NO x в атмосферу (табл. 1.5.2). Эти мероприятия в большинстве случаев могут быть реализованы ремонтными компаниями за счет некоторого увеличения стоимости и сроков проведения капитального ремонта;

на этой же группе оборудования (пылеугольные котлы на параметры пара 13,8 МПа со сроком остаточной эксплуатации более 10 лет) необходимо реализовать малозатратные мероприятия по повышению эффективности золоулавливания и (в случае сжигания высокосернистых углей) упрощенные схемы сероочистки.

Таблица 1.5.2

Способы снижения выбросов NO x для действующих котлов с длительным сроком их последующей эксплуатации

Для улучшения экологической обстановки на действующих ТЭС, с учетом возможного увеличения доли твердого топлива в структуре их топливного баланса:

• на высокоэкономичных блоках 300-800 МВт на канско-ачинских углях для снижения образования оксидов азота целесообразно использовать оправдавший себя на многих действующих котлах (П-67, БКЗ-500-140) принцип низкотемпературного сжигания;
• при использовании на блоках 300-500 МВт каменных углей Кузнецкого бассейна для уменьшения образования NO x , необходимо применять малотоксичные горелки и ступенчатое сжигание топлива. При сочетании этих мероприятий возможно обеспечить концентрацию NO x менее 350 мг/м3 и удовлетворить нормы на вновь вводимое оборудование ТЭС;
• при сжигании малореакционных топлив (уголь АШ и кузнецкий тощий) в котлах с жидким шлакоудалением, при наличии на электростанциях природного газа целесообразно организовывать трехступенчатое сжигание с восстановлением NO x в верхней части топки (ребенинг-процесс).

Там, где не удается с помощью технологических методов снизить концентрацию NO x до требуемого уровня, должны применяться системы азотоочистки. Перспективу промышленного применения имеют две азотоочистные технологии: селективного некаталитического восстановления и селективного каталитического восстановления оксидов азота.

Для снижения образования оксидов серы следует использовать мокрые известковые и аммиачно-сульфатные или упрощенные мокро-сухие технологии. Первые две целесообразны при приведенной сернистости топлива около 0,15 % кг/МДж, когда необходимо связывание более 90-95 % SO 2 , а упрощенная мокросухая технология (уменьшение выбросов SO 2 на 50-70 %) - при сжигании мало- и среднесернистых топлив.

Обеспечить требуемую эффективность золоулавливания (концентрация твердых частиц (золы) в дымовых газах после очистки - 50 мг/м 3) и отпуск золы потребителю на действующих ТЭС можно с помощью многопольных горизонтальных электрофильтров.

Электрофильтры со стандартным (непрерывным) режимом электропитания целесообразно применять для улавливания золы канско-ачинских и донецких углей, а с прерывистым и импульсным питанием - для улавливания золы экибастузских и кузнецких углей. Электрофильтры реконструируются так, чтобы их можно было разместить на имеющихся фундаментах. Применение микросекундного питания при улавливании золы кузнецких углей позволяет разместить аппараты в один ярус.

В результате планомерного внедрения природоохранных мероприятий на действующих котлах, которые еще останутся в эксплуатации до 2015 г., должны быть достигнуты концентрации вредных веществ, приведенные в табл. 1.5.3.

Таблица 1.5.3

Прогнозируемые достижимые максимальные концентрации вредных выбросов для действующего оборудования к 2015 г.

*) Минимальная цифра - для для котлов тепловой мощностью более 500 МВт, максимальная -менее 100 МВт.

Решение экологических проблем ТЭС для действующего парка электростанций существенно отличается от мер, применяемых для вновь сооружаемых электростанций.

В табл. 1.5.4 содержатся прогнозируемые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России до 2030 г. Для их достижения необходимо совершенствовать известные в настоящее время газоочистные технологии и создавать новые, более эффективные. Прогноз использования этих технологий до 2030 г. приведен в табл. 1.5.5.

Таблица 1.5.4

Достижимые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России

Вновь строящиеся угольные энергоблоки необходимо оснащать полным набором природоохранного оборудования, включая установки для очистки дымовых газов от твердых частиц, оксидов серы (SO 2) и оксидов азота (NO x).

В качестве золоуловителей на новых котлах должны использоваться многопольные электрофильтры, которые способны обеспечить сегодняшние нормы по допустимым выбросам в атмосферу (массовые концентрации золы в дымовых газах после очистки 30- 50 мг/м 3).

Дополнительный эффект при сжигании кузнецких и экибастузских углей может быть получен при снижении температуры и кондиционировании дымовых газов.

Для использования сложного оборудования в стесненных условиях может применяться двухзонный электрофильтр. Перспективными для использования в энергетике являются комбинированные золоулавливающие аппараты (электрофильтр плюс рукавный фильтр, электрофильтр плюс водяной аппарат для улавливания в том числе и мелких частиц).

Для успешного решения проблемы утилизации золошлаковых материалов и нанесения минимального экологического ущерба окружающей среде при разработке систем золошлакоудаления для новых угольных ТЭС должны быть заложены конструктивные решения, направленные на раздельное удаление золы и шлака. Необходимо предусмотреть возможность 100%-го сбора и отгрузки сухой золы (в том числе - по группам фракций), а также максимальную механизацию и автоматизацию всех технологических процессов.

Обязательным элементом новых угольных энергоблоков, как уже отмечалось ранее, должны стать установки сероочистки дымовых газов . В настоящее время на зарубежных ТЭС наиболее распространены мокрые известняковые сероочистки, снижающие выбросы SO 2 в среднем на 95 %. На новых российских энергоблоках при сжигании высокосернистых углей для обеспечения принятых и перспективных норм по допустимым выбросам SO 2 необходимо будет использовать такие же схемы или уже внедренную на Дорогобужской ТЭЦ аммиачно-сульфатную технологию сероочистки.

При сжигании средне- и малосернистых топлив (к которым относится большинство угольных месторождений в России, включая угли Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов) достаточно эффективной является менее капиталоемкая упрощенная мокросухая технология сероочистки. В настоящее время исследуются новые технологии сероочисток с более эффективными сорбентами, позволяющими решать проблемы удаления вредных веществ комплексно (в том числе - и тяжелых металлов).

Снижение выбросов оксидов азота при сооружении ПГУ, так и при установке мощных пылеугольных котлов осуществляется за счет следующих технологических решений. Нормативные выбросы NO x при сжигании природного газа в ГТУ могут быть обеспечены путем использования «сухих» камер сгорания последнего поколения. Вероятно, для энергоблоков с ПГУ не потребуется установка азотоочистки выбрасываемых в атмосферу дымовых газов. Сложнее обстоит дело с пылеугольными котлами мощных энергоблоков. Разработанные и проверенные в промышленности технологические методы позволяют в настоящее время уложиться в отечественные нормы по допустимым выбросам NO x только при сжигании бурых углей, а также каменных углей марок Д и Г. Для других каменных углей, и особенно для антрацитов, задача может быть решена только в результате установки за котлом каталитического реактора и восстановления образовавшихся оксидов азота путем подачи в газовый тракт аминосодержащих реагентов (аммиачной воды или мочевины).

В перспективе, учитывая необходимость приближения отечественных норм к европейским (где концентрация NO x в дымовых газах за угольным котлом не должна превышать 200 мг/м 3 при 6 % O 2), придется, очевидно, применить на новых пылеугольных котлах не только комплекс технологических методов (малотоксичные горелки, различные варианты двух- и трехступенчатого сжигания), но и системы азотоочистки дымовых газов от NO x . Не исключено, что в ближайшие годы появятся новые технологии очистки дымовых газов от NO x . Например, при установке на новом блоке мокроизвестняковой системы сероочистки, значительное (до 90 %) снижение выбросов NO x можно будет обеспечить путем вдувания элементарного фосфора P 4 в газоход перед скруббером при температуре 121-280 °С.

В области технологий улавливания субмикронных твердых частиц введение вышеназванных требований означает необходимость добавления к сухим электрофильтрам новых аппаратов, позволяющих более эффективно (при приемлемых затратах) улавливать субмикронные частицы: рукавных фильтров, гибридных аппаратов, состоящих из ступени электроочистки и ступени фильтрации, и даже мокрых электрофильтров. Применение перечисленных новых технологий помимо субмикронных твердых частиц позволяет улавливать еще и ртуть, а также ее соединения. Все это необходимо будет учитывать при выборе газоочистного оборудования, поскольку в промышленно развитых странах уже в настоящее время уделяется большое внимание уменьшению выбросов ртути с дымовыми газами ТЭС.

Таблица 1.5.5.

Перспективные технологии по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ТЭС

Основной проблемой действующих ГЭС отрасли является обязательность одновременного выполнения следующих требований:

Безусловное обеспечение выработки объемов электроэнергии, заданных диспетчерским графиком;

Соблюдение приоритетов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, судоходства, рыбного хозяйства на участках рек и водохранилищ, имеющих важное значение для сохранения и воспроизводства рыбных ресурсов, выполнение режима наполнения и сработки водохранилищ, недопущение эрозии береговой линии водохранилищ и сброса в них масел.

При этом на строящихся ГЭС необходимо своевременное решение проблем лесосводки, затопления земель, перекрытия путей миграции рыб, переселение населения из зоны затопления и др.

Применительно к объектам гидроэнергетики природоохранные меры включают в себя:

• выбор створов новых ГЭС с учетом экологического благополучия региона с обеспечением приоритета сохранения биоразнообразия и охраны особо охраняемых природных территорий при проектировании и размещении новых ГЭС;
• обеспечение полной и своевременной компенсации ущерба водным биологическим ресурсам;
• проведение мелиоративных работ и обвалование мелководных зон водохранилищ для комплексного (сельскохозяйственного и рыбохозяйственного) их использования;
• строительство компенсационных рыбохозяйственных объектов, рыбопропускных и защитных сооружений, разработка мероприятий для сохранения рыбных запасов, мест размножения и нагула, внедрение технических устройств для сохранения путей миграции рыб в целях уменьшения негативного воздействия гидроузлов на ихтиофауну;
• разработка и внедрение селективных водозаборов ГЭС, позволяющих регулировать температурный режим воды в нижнем бьефе, путем ее забора с различных глубин водохранилища и уменьшения тем самым влияния на микроклимат;
• реконструкция систем водоотведения с целью полного прекращения сбросов в водные объекты неочищенных хозбытовых стоков;
• применение современных материалов в различных элементах гидросилового и гидромеханического оборудования, возведение каскадов ГЭС и малых ГЭС из блок-модулей заводского изготовления с использованием наплавной технологии;
• использование рабочих колес, исключающих протечки экологически опасных жидкостей в проточную часть;
• применение самосмазывающихся материалов в узлах трения механизмов кинематики (без использования масел);
• организация обеспечения комфортным жильем населения, переселяемого из зон затопления.

1.5.3. Проблема эмиссии парниковых газов

Весьма острая экологическая проблема для энергетиков, связанная с использованием органического топлива, - выбросы в атмосферу основного парникового газа - CO 2 . В ЕС уже сейчас введены платежи за повышенные выбросы СО 2 на тепловых электростанциях.

Эффективным, в т.ч. и с точки зрения уменьшения выбросов CO 2 , является совершенствование процессов производства энергии на ТЭС на основе:

• внедрения угольных энергоблоков на сверхкритические (к.п.д.=41 %) и суперкритические (к.п.д.=46 %) параметры пара;
• внедрения парогазовых установок (к.п.д.=55-60 %);
• применения котлов с циркулирующим кипящим слоем при сжигании низкосортных топлив;
• применения топлив с повышенной теплотворностью и природного газа;
• использования технологий сжигания топлива, использующих кислород.

Процесс секвестрации углекислоты, образующейся при сжигании органического топлива, состоит из трех основных звеньев: улавливания, транспортировки и захоронения.

Процесс улавливания углекислоты может быть организован либо после сжигания топлива (улавливание из дымовых газов), либо до его сжигания (удаление СО 2 в процессе газификации топлива).

При улавливании углекислоты могут применяться различные физические или химические методы: криогенное отделение, мембранная сепарация, физическая адсорбция или химическая абсорбция. В перспективе возможно промышленное применение нетрадиционных методы снижения эмиссии СО 2: сжигание топлива в химическом цикле, сухая регенеративная адсорбция и др.

Важным перспективным направлением снижения эмиссии CO 2 является его захоронение в земных полостях методами:

• использования пористых структур;
• использования резервуаров в солях;
• закачки в действующие нефтяные пласты.

Наилучших результатов при новом строительстве можно ожидать от энергоблоков ПГУ с газификацией угля. Технологически такие установки допускают получение избыточного водорода для использования его в технологических процессах или в качестве топлива для топливных элементов (аналогичные ПГУ мощностью до 500 МВт (но без сепарации и вывода CO 2) уже эксплуатируются на электростанциях, обслуживающих нефтеперерабатывающие заводы. Сырьем для них служат тяжелые нефтяные остатки, а их продукция - электрическая энергия, тепло в виде пара и водород, который используется в процессах нефтепереработки).

В современном мире все больше возрастает потребность людей использовать энергетические ресурсы. На данный момент эксплуатируются следующие виды источников энергетической индустрии:

• органическое топливо – каменный уголь, газ;
• вода;
• атомное ядро.

Атомная энергия и энергия воды превращается в электроэнергию, подается населению для жизнеобеспечения населенных пунктов. Высвобождение энергии происходит за счет процесса горения. В данном случае в атмосферу выделяются продукты горения, что ухудшает экологию местности.

Как влияет энергетика на экологию?

В целом энергетическая отрасль влияет на экономику позитивно. Что касается окружающей среды, то энергетика на нее влияет негативно:

• способствует климатическим изменениям;
• происходит изменение гидрологического режима рек;
• загрязнение вод Мирового океана химическими веществами;
• влияет на ;
• атмосфера загрязняется газами, пылью, вредными выбросами;
• происходит радиоактивное и химическое загрязнение литосферы;
• исчерпываются невозобновимые природные ресурсы.

Среди других проблем энергетики существенной является небезопасность оборудования различного рода электростанций, будь то тепловая или атомная. Использование, к примеру, атомных реакторов ставит под угрозу существование всего человечества. Так авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году – это был лишь небольшой пример того, как энергетика губительна для всего живого в округе. Вполне вероятен более печальный сценарий при взрыве любой АЭС. Стоит подчеркнуть, что не всегда своевременно происходит замена старого оборудования на новое. Также возникает проблема утилизации радиоактивных отходов, поскольку их нужно изолировать и надежно хранить, что требует огромнейших финансовых растрат.

Вывод

Пожалуй, справедливо будет заметить, что от внимательности, компетентности и мастерства работников ТЭС, АЭС, ГЭС зависят не только человеческие жизни людей, проживающих вблизи объекта энергетической сферы, но и всех людей на планете, состояния окружающей среды в целом. Необходимо заниматься развитием альтернативных источников энергии, использование которых будет более безопасным, чем используемые ныне электростанции. Также требуется проводить информационное оповещение населения, чтобы убедить людей пользоваться электроприборами в экономном режиме, что позволит существенно экономить энергоресурсы. В связи с этим решение энергетических проблем повлияет на решение основных экологических проблем планеты.

Введение

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.

Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в

ближайшей перспективе существенно изменятся, 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;

Экологические проблемы тепловой энергетики

Сжигание органического топлива для получения электрической энергии и/или тепла, и в особенности электроэнергетика с её огромными централизованными электростанциями, является одной из основ функционирования современного общества и европейской экономики. С другой стороны, топливосжигающие установки расходуют большое количество органического топлива различных видов и других природных ресурсов, преобразуя их в полезную энергию. Функционирование этих предприятий приводит к образованию разнообразных отходов и поступлению большого количества загрязняющих веществ во все природные среды.

Органические виды топлива в настоящее время являются самым распространенным источником энергии. Однако их сжигание приводит к воздействиям на окружающую среду в целом, которые в некоторых случаях оказываются весьма значительными. Процесс сжигания ведет к поступлению различных веществ в воздух, воду и почву, причем выбросы в атмосферу считаются одной из глобальных экологических проблем.

С начала индустриализации энергетический баланс Земли изменяется в результате растущих выбросов антропогенных парниковых газов, в основном двуокиси углерода (СО2) и галогенпроизводных соединений HFC, PFC и SF6. В результате накопления этих газов в атмосфере на протяжении последних двухсот лет возросла доля инфракрасного излучения, задерживаемого атмосферой. В то же время наблюдается значительное повышение средней мировой температуры и концентрации CO2 в атмосфере.

Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их

соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС

мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих

загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в

незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного

влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере

зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым

угли, бурые угли, сланцы, торф.

Хотя в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за

счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной

является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти

энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI

недопустимости использования нефти как топлива: «нефть не топливо - топить можно и ассигнациями».

Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом

энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей

таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение

200-300 лет. Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных

запасов, оценивается более чем в 7 триллионов тонн. При этом более 1/3

мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Для уменьшения концентрации серы в продуктах сгорания топлив возможны два пути: уменьшение содержания серы в топливе до его сжигания и очистка дымовых газов от окислов серы. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду.

Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного

канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.

Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

Крупные ТЭС являются и значительным источником загрязненных вод(охлаждающие и сточные воды), сбрасываемых в реки, озера и морскую среду.

Тепловой КПД цикла горения ограничен термодинамическими пределами цикла Карно, который является идеальным циклом горения. Это означает, что не вся энергия химических связей топлива может быть преобразована в механическую и далее в электрическую энергию. В результате значительная часть энергии, полученная в результате горения, будет передана окружающей среде как сбросное тепло.

Сбросное тепло передается(посредством использования таких охлаждающих технологий, как прямоточные устройства или влажные градирни) охлаждающей воде и далее водной среде.

Потоки сточных вод, описанные выше, могут содержать множество различных загрязняющих веществ. В силу своих химических, биологических и физических характеристик эти вещества могут оказывать значительное воздействие на водную среду. Эти вещества могут вызывать изменение в воде принимающего объекта, например, повышение кислотности или щелочности, минерализации, уменьшение содержания кислорода и усиление интенсивности роста растений вследствие поступления дополнительного количества питательных веществ.

Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась на

угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к

6 млрд. т/год). Это тот предел, за которым прогнозируются такие изменения

климата, которые обусловят катастрофические последствия для биосферы.

Экологические проблемы гидроэнергетики

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением

значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га. земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.

Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. Так, Волга практически на всем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.

Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по различным

причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за

счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки,

гумус почв и т. п.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов.

В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует

потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым

загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых синезеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность к самоочищению.

Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды.

Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище

для осетровых Каспия после строительства на ней каскада ГЭС.

В конечном счете перекрытые водохранилищами речные системы из

транзитных превращаются в транзитноаккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых

водохранилищами, после их ликвидации. Имеются данные, что в результате

заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы.

Например, в засушливых (аридных) районах, испарение с поверхности

водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км3. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления воды Москвой. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.

Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах,

где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.

Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.

Экологические проблемы ядерной энергетики

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее

перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного

топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из

выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до

середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла

практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала

превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду

крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС

одинаковой мощности.

К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17%

электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на

0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль

производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем

АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам,

погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению

подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20

государств. Вследствие аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни нескольких поколений.

После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о

полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия,

Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все

действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей

Выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций.

Неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу

электроэнергии на ТЭС дает 1,5 КМ3 подогретых вод, на АЭС такой же

мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км3.

В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду:

Разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при открытом способе);

Изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;

Изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;

Не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

Заключение

Рассмотренные виды энергетики в настоящее время являются основными в энергетическом балансе. Экологические проблемы, связанные с их деятельностью, являются неотъемлемой частью современного общества. Избежать эти проблемы на сегодняшний день невозможно. Мы можем только стараться минимализировать негативные воздействия на окружающую среду.

В этой связи важно внедрять альтернативные источники энергии, которые бы могли взять на себя хотя бы какую-то долю по выработке энергии. К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников.

Список литературы

1. Справочник по наилучшим доступным техническим методам в теплоэлектроэнергетике. - М., 2008г.

2. Елизаров Д.П. «Тепло-энергетические установки электростанций». - М., 1982г.

3. Акимова Т. А., Кузьмин А.П. «Экология. Природа-Человек-Техника». - М., 2001г.

Энергетика - отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами.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. Значительное кол-во энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. В том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а следовательно, и с поступлением продуктов горения вОС.1) проблемы тепловой энергетики: За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) внастоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловых источниковуменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленноразвитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном дляобеспечения нужд транспорта. Сжигание топлива - не только основной источник энергии, но и важнейшийпоставщик в ОС ЗВ.ТЭС «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект ивыпадение кислотных осадков.Они, вместе с транспортом, поставляют ватмосферу основную долю техногенного углерода(в основном в виде СО 2), двуокиси серы, окислов азота и пыль.В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. Влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен.2)проблемы гидроэнергетики: воздействие гидроэнергетики связано с отчуждениемзначительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. ВРоссии, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн.га земель.На их месте уничтожены естественные экосистемы. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод.Со строит-вом водохранилищ связано резкое нарушение гидролог. режима рек3)проблемы ядерной энергетики: Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболееперспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерноготоплива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относитсятакже возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениямресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат всвязи с малыми объемами. Только за 20 лет мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возрослапрактически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она сталапревалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста.Донедавнего времени основные экол. проблемы АЭС связывались сзахоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС послеокончания допустимых сроков эксплуатации. В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнениюподверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20государств. Последствия аварии будут сказываться нажизни нескольких поколений.В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду: разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд;изъятие земель под строительство самих АЭС. Некоторые пути решения проблем современной энергетики: Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистоготоплива в получении энергии.Пути уменьшения «-»воздействия на ОС. Эти способы базируются в основном насовершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредныхотходов. В их числе следующие:1) Совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном тв. выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель-сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве.2) Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством обессеривания углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) хим. или физ. методами. 3) Возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Велики такие возможности для России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий.4) Не менее значимы возможности экономии энергиив быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Энергия теряется при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло.

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/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

на тему «Экологические проблемы энергетики»

по дисциплине «Введение в направление»

Проверил:

проф. Щинников П.А.

Выполнил:

студент группа АТЭ-51

Збитнев А.О.

Новосибирск, 2008

Введение

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.

Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся, поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

1. 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;

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

1. Экологические проблемы тепловой энергетики

Сжигание органического топлива для получения электрической энергии и/или тепла, и в особенности электроэнергетика с её огромными централизованными электростанциями, является одной из основ функционирования современного общества и европейской экономики. С другой стороны, топливосжигающие установки расходуют большое количество органического топлива различных видов и других природных ресурсов, преобразуя их в полезную энергию. Функционирование этих предприятий приводит к образованию разнообразных отходов и поступлению большого количества загрязняющих веществ во все природные среды. биосфера энергетика атомный тепловой

Органические виды топлива в настоящее время являются самым распространенным источником энергии. Однако их сжигание приводит к воздействиям на окружающую среду в целом, которые в некоторых случаях оказываются весьма значительными. Процесс сжигания ведет к поступлению различных веществ в воздух, воду и почву, причем выбросы в атмосферу считаются одной из глобальных экологических проблем.

С начала индустриализации энергетический баланс Земли изменяется в результате растущих выбросов антропогенных парниковых газов, в основном двуокиси углерода (СО2) и галогенпроизводных соединений HFC, PFC и SF6. В результате накопления этих газов в атмосфере на протяжении последних двухсот лет возросла доля инфракрасного излучения, задерживаемого атмосферой. В то же время наблюдается значительное повышение средней мировой температуры и концентрации CO2 в атмосфере.

Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Хотя в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь уместно вспомнить высказывание Д. И. Менделеева о недопустимости использования нефти как топлива: «нефть не топливо - топить можно и ассигнациями».

Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в ечение 200-300 лет. Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оценивается более чем в 7 триллионов тонн. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Для уменьшения концентрации серы в продуктах сгорания топлив возможны два пути: уменьшение содержания серы в топливе до его сжигания и очистка дымовых газов от окислов серы. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду.

Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.

Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

Крупные ТЭС являются и значительным источником загрязненных вод(охлаждающие и сточные воды), сбрасываемых в реки, озера и морскую среду.

Тепловой КПД цикла горения ограничен термодинамическими пределами цикла Карно, который является идеальным циклом горения. Это означает, что не вся энергия химических связей топлива может быть преобразована в механическую и далее в электрическую энергию. В результате значительная часть энергии, полученная в результате горения, будет передана окружающей среде как сбросное тепло.

Сбросное тепло передается(посредством использования таких охлаждающих технологий, как прямоточные устройства или влажные градирни) охлаждающей воде и далее водной среде.

Потоки сточных вод, описанные выше, могут содержать множество различных загрязняющих веществ. В силу своих химических, биологических и физических характеристик эти вещества могут оказывать значительное воздействие на водную среду. Эти вещества могут вызывать изменение в воде принимающего объекта, например, повышение кислотности или щелочности, минерализации, уменьшение содержания кислорода и усиление интенсивности роста растений вследствие поступления дополнительного количества питательных веществ.

Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась на угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. т/год). Это тот предел, за которым прогнозируются такие изменения климата, которые обусловят катастрофические последствия для биосферы.

2. Экологические проблемы гидроэнергетики

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га. земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.

Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. Так, Волга практически на всем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.

Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по различным причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, гумус почв и т. п.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов.

В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых синезеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность к самоочищению.

Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды.

Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых Каспия после строительства на ней каскада ГЭС.

В конечном счете перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитноаккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации. Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы.

Например, в засушливых (аридных) районах, испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км3. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления воды Москвой. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.

Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.

Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.

3. Экологические проблемы ядерной энергетики

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности.

К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. Вследствие аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни нескольких поколений.

После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства.

В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива.

Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология Захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций.

Неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу получаемой энергии здесь оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится в атмосферу. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 КМ3 подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км3.

В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду:

Разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при открытом способе);

Изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;

Изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;

Не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

Заключение

Рассмотренные виды энергетики в настоящее время являются основными в энергетическом балансе. Экологические проблемы, связанные с их деятельностью, являются неотъемлемой частью современного общества. Избежать эти проблемы на сегодняшний день невозможно. Мы можем только стараться минимализировать негативные воздействия на окружающую среду.

В этой связи важно внедрять альтернативные источники энергии, которые бы могли взять на себя хотя бы какую-то долю по выработке энергии. К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников.

Список литературы

1. Справочник по наилучшим доступным техническим методам в теплоэлектроэнергетике. - М., 2008г.

2. Елизаров Д.П. «Тепло-энергетические установки электростанций». - М., 1982г.

3. Акимова Т. А., Кузьмин А.П. «Экология. Природа-Человек-Техника». - М., 2001г.

4. www.atomas.ru

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Принцип получения электричества за счет атомной энергии. Основные экономические выгоды и экологические проблемы, возникающие в связи с деятельностью атомной энергетики. Воздействие нефти на животный и растительный мир, загрязнение Мирового океана.

реферат , добавлен 22.07.2009


Способы получения электроэнергии и связанные с ними экологические проблемы. Решение экологических проблем для тепловых и атомных электростанций. Альтернативные источники энергии: солнца, ветра, припливов и отливов, геотермальная и энергия биомассы.

презентация , добавлен 31.03.2015


Структура топливно-энергетического комплекса: нефтяная, угольная, газовая промышленность, электроэнергетика. Влияние энергетики на окружающую среду. Основные факторы загрязнения. Источники природного топлива. Использование альтернативной энергетики.

презентация , добавлен 26.10.2013


Источники радиоактивного загрязнения. Экологические проблемы тепловой энергетики и гидроэнергетики. Приливные электростанции и их экологическая оценка. История использования энергии ветра. Экологическая оценка использования лучистой энергии Солнца.

реферат , добавлен 02.12.2014


Воздействие объектов атомной энергетики на окружающую среду. Проблема теплового загрязнения водоемов. Ежегодные экологические модуляции зоопланктоценозов в водоеме-охладителе Ново-воронежской АЭС. необходимость комплексного мониторинга водных экосистем.

реферат , добавлен 28.05.2015


Состояние атомной энергетики и её роль в энергетическом комплексе Украины. Выбросы вредных веществ при эксплуатации атомных станций. Оценка воздействия на воздушную среду, газоаэрозольные отходы. Детекторы ионизирующих излучений, ионизационная камера.

курсовая работа , добавлен 10.03.2013


Экологические проблемы энергетики. Вклад различных видов энергоносителей в производство электроэнергии. Влияние радиационных аварий и загрязнений. Ликвидация ЧАЭС и последствия ее для населения. Переход на более безопасные и приемлемые источники энергии.

реферат , добавлен 12.04.2009


Характеристика понятия "биосфера". Воздействие человека на биосферу. Основные источники загрязнения атмосферы: теплоэнергетика, промышленность, газопереработка, транспорт, сельское хозяйство. Проблема изменения климата. Основной эффект энергосбережения.

реферат , добавлен 19.12.2011


Основы, принципы и условия рационального природопользования. Основные типы природных экосистем, их характеристика. Экологические проблемы и специфика воздействия разных видов человеческой деятельности на биосферу в целом и на ее компоненты в частности.

реферат , добавлен 25.01.2011


Природа, виды и классификация техногенных катастроф, их причины, последствия и влияние на природу. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС: физико-географическая характеристика, техническое заключение. Состояние атомной энергетики в мире, экологические проблемы.