Производство электроэнергии базируется на электростанциях следующих типов

1. ВЛИЯНИЕ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ОКРУЖАЮЩУЮ

СРЕДУ

1.1. Воздействие электростанций различного типа

на окружающую природную среду

 

Человек привык потреблять электроэнергию для своих производственных и бытовых целей и уже не сможет от этого никогда отказаться. В наиболее развитых странах потребление электроэнергии составляет (4…13) 10³ кВт/(чел. год) и изменяется в зависимости от расположения региона. Для северных стран (Швеция, Норвегия и Финляндия) оно увеличивается, с учетом отопления, в 2…3 раза. В России потребление электроэнергии из расчета на одного человека меньше. Оно составляет (2…5) 10³ кВт/(чел. год), а в настоящее время искусственно сдерживается нерациональной топливно-энергетической политикой государства.

Производство электроэнергии базируется на электростанциях следующих типов:

– тепловые электростанции (ТЭС);

– атомные электростанции (АЭС);

– гидравлические электростанции (ГЭС);

– нетрадиционные электростанции (НЭС).

В настоящее время во многих странах установленные мощности этих электростанций находятся в следующем соотношении (табл.1.1) [1]: ТЭС – 50…75 %; АЭС – 10…35 %: ГЭС – 10…25 % и НЭС – до 1 %. Такое долевое участие электростанций в установленных мощностях определяется опытом эксплуатации агрегатов, себестоимостью производства электроэнергии и динамикой суточного изменения потребления нагрузок. Анализ табл.1.1 показывает, что базовые электростанции (АЭС) в процентном соотношении производят электроэнергии больше (до 50 %), чем имеют в установленных мощностях и, в среднем, в год отрабатывают 6000…8000 и даже более часов. ТЭС и ГЭС работают, как правило, в переменном (пиковом и полупиковом) режимах. Поэтому для ТЭС характерна наработка 2000…6000 часов в год; для ГЭС эта величина еще меньше – до 3000 часов в год.

Имеют место и отклонения от этих соотношений. При производстве электроэнергии регионы мира стремятся оптимально использовать свои природные и климатические условия. Например, Австрия, Канада, Швейцария, Южная Америка и другие страны производят электроэнергию, в основном, на ГЭС; Франция стала поставщиком базовой электроэнергии, производимой на АЭС, для многих стран–соседей Западной Европы.

В будущем эти пропорции могут быть изменены в зависимости от освоения новых более совершенных и эффективных технологий. Так, по данным Мирового энергетического совета (МИРЭС) [2] уже к 2020 г. основными источниками энергии станут низкореакционный, высокозольный

уголь и ядерное топливо. Доля нетрадиционной возобновляемой энергетики может быть увеличена до 12 %.

В мировой практике сложилось мнение, что производить электроэнергию эффективнее в более мощных установках. В связи с этим для получения более дешевой электроэнергии используют коллективный источник энергии, поэтому мощности энергоустановок и электростанций в 20 веке стремительно возросли, особенно начиная с 50-х годов. В табл.1.2 приведены этапы освоения новых мощностей на электростанциях СССР [3]. Энергоблоки, построенные на базе этих турбин, имели КПД ниже 40 %. В настоящее время энергетика России состоит из энергоблоков мощностью: на АЭС 440, 1000 МВт, на ТЭС – 150…800 МВт. Основная часть этих электростанций была построена в период до 80…90-х годов и постепенно вырабатывает свой моторесурс. Наращивание мощностей, особенно на тепловых электростанциях, в 70-е, начале 80-х годов привело к состоянию, когда увеличение энергопроизводства вошло в противоречие с экологическими потребностями человека. Своеобразные экологические проблемы были созданы и при освоении атомной энергетики, когда каждая аварийная ситуация, особенно после Чернобыльской, приводит людей буквально в состояние шока.

 

Таблица 1.2

Этапы освоения энергетического оборудования на ТЭС в СССР

Тип турбоустановки	Год пуска головного образца	Удельный расход топлива, г/кВт	Технологическая схема использования	Завод–изготовитель
К-160-12,8		348…369	блочная	ХТГЗ
К-200-12,8		322…347	блочная	ЛМЗ
К-300-23,5		318…336	блочная	ХТГЗ
К-300-23,5		318…336	блочная	ЛМЗ
К-500-23,5		330…334	блочная	ХТГЗ
К-800-23,5		315…330	блочная	ЛМЗ
Т-250-23,5		-	блочная, неблочная	ТМЗ
К-1200-23,5		312…325	блочная	ЛМЗ
К-500-23,5		320…335	блочная	ЛМЗ

 

Атомная энергетика с момента зарождения создавалась так, чтобы максимально защитить человека и окружающую среду от загрязнений радиоактивностью. Система вентиляции производственных помещений выполнена вытяжной с очисткой и дезактивацией выбрасываемого из здания воздуха. Чтобы исключить радиоактивное загрязнение воды на АЭС, технологическая схема предусматривает использование промежуточных замкнутых контуров со сбросом, в случае аварийных ситуаций, циркулирующих в них теплоносителей в специальные устройства, исключающие загрязнение окружающей среды.

В табл.1.3 приведены рейтинговые данные по возможному загрязнению окружающей среды от электростанций различного типа, где показано, что производство электроэнергии на АЭС наиболее экологически чистое по сравнению с другими электростанциями. Опасность радиоактивного заражения окружающей среды вокруг АЭС связана только с профессионализмом эксплуатационного персонала.

 

Таблица 1.3

Сведения о нарушении экосистемы

От действия различных электростанций

  Считается, что на гидроэлектростанциях производится экологически чистая… В энергопризводстве наибольшими загрязнителями окружающей среды в настоящее время считаются тепловые электростанции.…

Нормированная плата за загрязнение

Окружающей природной среды по состоянию на 1992 г.

Базовые нормативы платы за выбросы и сбросы конкретных загрязняющих веществ (Пн, руб./т) определяются как произведение удельного экономического… Пн=Уэ А ки.. Показатель относительной опасности i-го вещества рассчитывается по уравнению

Коэффициенты экологической ситуации и значимости

Некоторых регионов и территорий

Плата за сверхлимитное загрязнение окружающей природной среды определяется путем умножения соответствующих ставок платы за загрязнение в пределах… В случае отсутствия у природопользователя оформленного разрешения на выброс… Платежи за предельно допустимые выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов осуществляются за счет…

Ежегодные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

От стационарных и передвижных источников загрязнения

По Ростовской области, тыс.т/год

За счет действующей системы платы за выбросы на стационарных промышленных источниках выполнен большой объем специальных мероприятий, позволивших… Структура выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников Ростовской… Таблица 1.7

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и улавливание их

От стационарных промышленных источников

Таблица 1.8

Структура выбросов в атмосферу от стационарных установок

Ростовской области в 1998 г.

Наименование выбросов	Количество, тыс.т/год
Твердые вещества	53,4
Газообразные и жидкие вещества В том числе: оксиды серы оксиды азота окись углерода углеводороды и летучие органические соединения	169,7   89,4 34,8 28,4 15,2
ВСЕГО	223,1

Таблица 1.9

Выбросы загрязняющих веществ автотранспортом (тыс.т/год)

Составляющие выбросов по годам	Годы
Оксид углерода	411,555	418,039	421,258	422,469	423,087
Оксид азота	32,597	46,275	50,739	58,302	64,034
Углеводороды	69,359	72,275	73,409	73,657	73,784
Диоксид серы	2,043	2,758	3,092	3,014	3,039
Сажа	4,414	3,456	3,581	3,492	3,462
Свинец	0,736	0,778	0,786	0,105	0,092

 

Используемые до настоящего времени технологии не создают надежного и эффективного экологического обеспечения. Так, в 1998 г. выход золошлаковых отходов только одной электростанции (Несветай ГРЭС), обеспечившей покрытие всего 2,5 % потребляемой Ростовской областью мощности, составил 65,95 тыс. т/год при накопившемся на золоотвале объеме отходов 4,4 млн.т. Такое положение вызвано тем, что существующий размер платы за выбросы не стимулирует выполнение природоохранных мер.

При потреблении Ростовской областью в 1997 г. электроэнергии в количестве 18768 млн.кВт.∙ ч, размер экологических платежей за загрязнение окружающей среды составил всего 0,16 % ее себестоимости (3,88 млрд.р), что не побуждает выполнение природоохранных мероприятий и создание экологических фондов для оперативного и долгосрочного решения вопросов по защите окружающей среды. Вместе с тем, инвестиционные затраты на природоохранные мероприятия могут осуществляться за счет прибыли природопользователя без обложения налогом.

Сложившийся механизм экологического налогообложения (платежи за загрязнение окружающей среды и накопление отходов) за переходный период не сформировал устойчивого механизма влияния налогообложения на улучшение экологических показателей и экологической ситуации в целом. Очевидно, что с помощью специальных экологических обложений, которые до настоящего времени не существуют не только в России, но и во всех странах мира, можно было бы своевременно ликвидировать последствия экологических, чрезвычайных ситуаций.

1.3. Классификация и характеристика вредных воздействий

на природу

 

Вредными явлениями, возникающими при воздействии на окружающую природную среду различных источников загрязнения, можно назвать следующие:

– образование смога в атмосфере;

– выпадение кислотных дождей;

– парниковый эффект;

– разрушение озонового слоя;

– радиация;

– шум;

– электромагнитное воздействие;

– загрязнение воды и почвы различными стоками;

– тепловое загрязнение.

По биологическому воздействию на человека вредные вещества выбросов производств можно разделить на две группы: 1) вещества, действие которых проявляется сразу (раздражение слизистой оболочки, изменение состава крови и др.); 2) вещества, действие которых проявляется через некоторое время (канцерогенные и другие явления).

 

Смог образуется в результате накопления в атмосфере взвешенных твердых частиц (летучей золы), выбрасываемых через дымовые трубы или другим способом (например, пыль поднимаемая ветром) и создающих видимость сизой дымки или тумана. Смог особенно известен по Лондонским густым и токсичным туманам, которые, как правило, сопровождались повышенной заболеваемостью и даже смертельным исходом среди пожилых и больных людей, а также детей. Например, известно, что 1952, 1956, 1957, 1962 годы в Лондоне были крайне тяжелыми, когда смертность в городе резко возрастала. Считается, что биологическая токсичность летучей золы при попадании в организм человека зависит от дисперсного состава частиц: чем мельче частицы, тем они токсичнее.

В результате увеличения взвешенной пыли в воздухе появляется туманная дымка. Инфракрасные лучи в этом случае нагревают не только землю, но и атмосферу, насыщенную этими твердыми, непрозрачными взвесями. Так, например, в горных ущельях, где в атмосфере нет летучих, твердых частиц, солнечные лучи, прогревая только землю, оставляют воздух прохладным.

 

Кислотные дожди – осадки с большим содержанием кислотных соединений, образующихся в результате конденсации влаги и растворения в ней окислов серы, азота и углерода. Этому способствует накопление окислов SO₂, NO₂, CO₂ в атмосфере в период сухой погоды, а также наличие концентраторов в виде взвешенных твердых частиц, атмосферного озона и др. Для чистых осадков водородный параметр рН 5,6. Наличие кислотных соединений серы и азота в осадках снижает этот показатель. Известны случаи снижения водородного показателя до рН = 3 и меньше [4]. Вследствие выпадения кислотных дождей повышается кислотность водоемов, гибнeт рыба и растительность, повышается коррозия металлических изделий, разрушаются здания.

У человека развиваются легочные заболевания, хронический бронхит и бронхиальная астма. Окислы серы, попадая в организм человека, поражают органы дыхания, изменяют состав крови, нарушают обмен веществ, повышают восприимчивость к инфекционным заболеваниям, поражают слизистую оболочку и пищевой тракт. Окислы азота в органах дыхания образуют азотную и азотистую кислоты, которые поражают слизистую оболочку и органы дыхания.

 

Парниковый эффект часто рассматривается в комплексе с разрушением озонового слоя. Явление парникового эффекта возникает в результате накопления в атмосфере земли таких химических элементов как двуокись углерода , закись азота , метан , хлористофтористые соединения и другие газовые составляющие. Всего компонентов насчитывают более 30. Эти газы практически прозрачны для поступающей на землю коротковолновой, солнечной радиации, к которой относятся радиоактивное излучение, рентгеновские, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, но экранируют длинноволновую радиацию, излучаемую землей. Это приводит к увеличению температуры на поверхности земли и в приземной атмосфере, что может привести к необратимым климатическим изменениям в природе.

На рис. 1.1 представлен естественный равновесный энергетический баланс окружающей среды [5], который может нарушаться в связи с тем, что длинноволновое излучение земли (72 %) постепенно уменьшается за счет вредных выбросов, создающих парниковый эффект. Коротковолновая радиация, достигающая поверхности земли (22÷25 %), при этом начинает возрастать.

 

Основными парниковыми компонентами являются оксид углерода , вклад которого оценивается в 65 % от общего потепления земли, и метан , который вместе с составляют примерно 85 % парникового эффекта. Тепловые выбросы электростанций усиливают потепление земли.

Двуокись углерода считается не токсичной, однако при концентрации в воздухе выше 0,1%, оказывает наркотическое действие. Окись углерода является токсичным газом. Он связывает гемоглобин крови, мешает снабжать ткани организма кислородом, влияет на нервную и сердечно-сосудистую системы. Окись углерода тяжелее воздуха и поэтому может накапливаться в приземном слое атмосферы.

Хлористофтористые соединения () и фреоны (и др.) способствуют разрушению озонового слоя атмосферы Земли, который тонким слоем прикрывает планету и приземную атмосферу от проникновения коротковолновой радиации. В результате чего в озоновом слое появляются дыры, что усиливает процессы парникового эффекта. Для человека облучение коротковолновой радиацией опасно увеличением заболеваемости раком, бронхитами и др.

 

Наибольшую опасность из углеводородов представляет бенз(а)пирен (полициклический ароматический углеводород). Он образуется в процессах горения любых видов топлива. Бенз(а)пирен является сильнодействующим, канцерогенным веществом. Вклад его в уровень заболевания раком легкого считается превалирующим и достигает в отдельных случаях 70 %.

 

1.4. Влияние электростанций на загрязнение окружающей

среды

 

Радиоактивность появляется в результате распада ядерных частиц радиоактивных веществ, когда образуются продукты деления, излучаемые в виде элементарных частиц, а также и - лучей. Они насыщают газообразные, жидкие и твердые вещества, которые, попадая за пределы электростанций, становятся опасными для жизни. Возможна также наведенная радиоактивность в виде изотопов различных веществ (азота, аргона, фтора, железа, меди, цинка, и др.).

Радиоактивное загрязнение связано не только с работой АЭС, но его можно обнаружить и вокруг ТЭС. Радиоактивность при производстве электроэнергии вызывает беспокойство по двум неприятным моментам. Во-первых, серьезную тревогу для человечества представляет безопасность АЭС. В основном это связано с надежностью работы оборудования, производственно - технической культурой и профессионализмом обслуживающего персонала электростанции. Во-вторых, все большей проблемой становится захоронение радиоактивных отходов.

Радиационное воздействие на человека можно разделить на три вида:

– фоновое (естественное);

– бытовое;

– промышленное.

Фоновая радиация на планету приходит из космоса и может изменяться территориально в зависимости от состояния атмосферы от 0,08 до 0,3 бэр в год.

К бытовому радиационному воздействию можно отнести облучение за счет диагностических процедур, использования минеральных удобрений, пребывания в зданиях из стройматериалов минерального происхождения, использования бытовых приборов и материалов, излучающих радиацию. В настоящее время индивидуальная средняя добавка облучения к естественному фону в промышленно развитых странах составляет 0,4 бэр в год.

Лица, которые могут быть подвержены радиационному облучению на производстве (например, на АЭС) относятся к одной из трех категорий: А – персонал АЭС или других аналогичных по воздействию предприятий; Б – ограниченная часть населения, проживающая в зоне действия АЭС; В – остальное население. Для лиц категории А устанавливается предельно допустимая доза (ПДД) облучения за год, а для категории Б – предел дозы за год (ПД). Эти нормы различны в зависимости от чувствительности органов к радиации. Средняя индивидуальная эффективная доза облучения человека для категории А составляет 0,75…1,0 бэр в год; для категории Б – 0,02…0,1 бэр в год. При радиоактивном облучении человек заболевает так называемой лучевой болезнью (болезнь крови).

На АЭС имеются специальные системы газоочистки и дезактивации радиоактивных газов, после которых эти газы направляются в вентиляционную трубу и рассеиваются в атмосфере.

Источником шумов на электростанциях являются: вращающиеся механизмы (мельницы, вентиляторы, турбины, дымососы и др.), паро-, водо- и пылепроводы, и др. По нормативам шум в жилых застройках ограничивается предельно допустимым уровнем 75 дБ ночью и 65 дБ днем.

Шумовое воздействие вредно человеку: в условиях шума происходит постоянное напряжение слухового аппарата, что приводит к увеличению порога слышимости. Кроме того, чрезмерный шум может стать причиной нервного истощения, психической угнетенности, вегетативного невроза, язвенных болезней, расстройства эндокринной и сердечно-сосудистой систем.

Живой организм очень чувствителен к электромагнитному воздействию. Минимальный порог чувствительности человеческого организма В/м. Однако при минимальной интенсивности этот порог чувствительности не является доказательством его вредности.

Нормы определяют минимальное значение напряженности поля, при котором электромагнитное воздействие становится опасным. В нормативах устанавливается продолжительность пребывания человека в электромагнитном поле в зависимости от его напряженности для рабочих мест и зон проживания населения. Напряженность электромагнитного поля выше 25 кВ/м является опасной для жизни. Вдоль линии дальних передач высокой напряженности рекомендуется устанавливать санитарные зоны: при напряжении 300 кВ ширина зоны должна быть 20 м; при 500 кВ – 30 м; при 750 кВ – 40 м.

1.5. Загрязнение воды и почвы тепловыми и атомными

электростанциями

Отходы различных производств загрязняют не только атмосферу, но и водные бассейны, грунтовые воды и почву. В золе и шлаке, выбрасываемых тепловыми электростанциями, содержатся разнообразные ядовитые примеси: соединения ванадия, мышьяка, ртути, свинца, радиоактивные элементы. Вода способна растворять многие из этих соединений и, со временем, увеличивать концентрацию растворов в почве и в водных бассейнах по мере накопления выбросов. Ядовитые вещества способны концентрироваться в растительном мире. Например, известны случаи отравления людей от грибов, которые ранее были вполне съедобны. Вода, насыщенная выбросами, может приобрести, в зависимости от состава золы, кислые или щелочные свойства.

К вредным загрязняющим воздействиям на воду и почву относятся:

– химические загрязнения – сульфаты, хлориды, азотные и азотистые соединения (нитриты, нитраты, аммиак); химическое загрязнение микроэлементами – медь, цинк, железо, свинец и др.; химическое загрязнение нефтепродуктами;

– тепловое воздействие.

Для ослабления теплового воздействия устанавливаются санитарные нормы превышения температур водных стоков по отношению к фоновым (естественным). Температура воды, сбрасываемой в водоемы хозяйственно - питьевого и культурно - бытового назначения, не должна превышать по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет. Для объектов рыбохозяйственного назначения температура сточной воды не должна превышать по сравнению с естественной температурой. При обитании холодноводных рыб (лососевые, осетровые и др.) температура воды в водяном бассейне не должна быть выше летом и ниже зимой. Для АЭС устанавливаются более жесткие условия: площадь водного зеркала водоема должна рассчитываться при условии, что тепловая нагрузка на водоеме не должна быть выше .