экологические аспекты энергетики

Оглавление Введение … 1. Экологические проблемы теплоэнергетики …2. Экологические проблемы гидроэнергетики … 3. Экологические проблемы ядерной энергетики ….4. Краткая экологическая характеристика нетрадиционных методов получения энергии…21 Заключение … 29 Литература … 31 Приложение… 32 Введение Одним из положений экологического аспекта стра¬тегии устойчивого развития, принятой в Рио-де-Жа¬нейро в 1992 г является « постепенный переход от энергетики, основанной на сжигании органического топлива, к альтернативной энергетике, использующей возобновляемые источники энер-гии (солнце, воду, ве¬тер, энергию биомассы, подземное тепло и т. д.)». Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окру-жающую среду, жизнь и здоровье населения.

Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют собой источники неизбежного, по-тенциального, до настоящего времени практически количественно не учиты-ваемого риска для населения и окружающей среды.

Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадле¬жат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу. Отрицательные последствия воздействия энергети¬ки на окружающую среду следует ограничивать не¬которым минимальным уровнем, например со-циально приемлемым допустимым уровнем.

Должны рабо¬тать экономические механизмы, реализующие комп¬ромисс между качеством среды обитания и со-циаль¬но-экономическими условиями жизни населения. Аналогичный круг вопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологической безо¬пасности объектов теплоэнергетики: учет тепло-вого и химического воздействия на окружающую среду, вли¬яние водоемов-охладителей и т. п. Кроме того, для крупных ТЭС на твердом топливе (уголь, сланцы) воз¬никают проблемы надежной и безопасной эксплуата¬ции золоотва-лов - сложных и ответственных грун¬товых гидросооружений.

Энергетика - основной движущий фактор разви¬тия всех отраслей про-мышленности, транспорта, ком¬мунального и сельского хозяйства, база повы-шения производительности труда и благосостояния населе¬ния. У нее наиболее высокие темпы развития и масш¬табы производства.

Доля участия энергетических пред¬приятий в загрязнении окружающей среды продук¬тами сгорания органи-ческих видов топлива, содержа¬щих вредные примеси, а также тепловыми от-ходами весьма значительна. В настоящей работе рассмотрено влияние на окружающую среду разных видов энергетики (теплоэнергетика, гидроэнергетика, ядерная энергетика), способы снижения выбросов и загрязнений от энергетических объектов, а также приведена характеристика нетрадиционных методов получения энергии (ветроэнергетика, солнечная энергия, энергия термальных вод). 1. Экологические проблемы теплоэнергетики Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду во многом зависит от вида сжигаемого топлива.

Твердое топливо. При сжигании твердого топлива в атмосферу по-ступают летучая зола с частицами не¬догоревшего топлива, сернистый и сер-ный ангидри¬ды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты непол¬ного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых слу¬чаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси.

Так, в золе донецких антра¬цитов в незначительных коли-чествах содержится мы¬шьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений — свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Кан-ско-Ачинского бассейна — сво¬бодный оксид кальция. Уголь - самое распространенное ископаемое топ¬ливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет. Кроме того, уголь рас¬пространен по всему миру более равномерно и он бо¬лее экономичен, чем нефть.

Из угля можно получить синтетическое жидкое топливо. Метод по-лучения горючего путем переработ¬ки угля известен давно. Однако слишком высокой была себестоимость такой продукции. Процесс про¬исходит при высоком давлении. У этого топлива есть одно неоспоримое преимущество — у него выше ок¬тановое число. Это означает, что экологически оно будет бо-лее чистым. Торф. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд от-рицательных последствий для ок¬ружающей среды, возникающих в результа-те добычи торфа в широких масштабах. К ним, в частности, от¬носятся нару-шение режима водных систем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобы¬чи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухуд¬шение условий существования животных.

Значитель¬ные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа. Жидкое топливо.

При сжигании жидкого топлива (мазутов) с дымо-выми газами в атмосферный воздух по¬ступают: сернистый и серный ангидри-ды, оксиды азо¬та, соединения ванадия, солей натрия, а также веще¬ства, уда-ляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более «гигие¬ничное». При этом полностью отпадает проблема золоот-валов, которые занимают значительные территории, исключают их полезное использование и являются ис¬точником постоянных загрязнений атмосферы в райо¬не станции из-за уноса части золы с ветрами.

В продук¬тах сгорания жид-ких видов топлива отсутствует лету¬чая зола. Природный газ. При сжигании природного газа су¬щественным загряз-нителем атмосферы являются ок¬сиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжига¬нии на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжи-гании угля. Это объясняется не свойства¬ми самого топлива, а особенностями процессов сжи¬гания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ни-же, чем при сжигании природного газа. Та¬ким образом, природный газ яв-ляется наиболее эко¬логически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

Комплексное влияние предприятий теплоэнергетики на биосферу в целом проиллюстрировано в табл. 1 (

Приложение

Приложение ). Таким образом, в качестве топлива на тепловых электростанциях ис-пользуют уголь, нефть и нефтепро¬дукты, природный газ и, реже, древесину и торф. Ос¬новными компонентами горючих материалов являют¬ся углерод, во-дород и кислород, в меньших количе¬ствах содержится сера и азот, присутст-вуют также сле¬ды металлов и их соединений (чаще всего оксиды и суль¬фиды). В теплоэнергетике источником массированных атмос¬ферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предпри-ятия и установки паросилового хозяйства, т. е. любые предприятия, работа кото-рых связана со сжиганием топлива.

Наряду с газообразными выбросами теплоэнергети¬ка производит огром-ные массы твердых отходов; к ним относятся зола и шлаки.

Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO2, 22-26% Аl2О3, 5-12% Fe2O3, 0,5-1% CaO, 4-4,5% К2О и Nа2О и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, дымят и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий. Жизнь на Земле возникла в условиях восстанови¬тельной атмосферы и только значительно позже, спус¬тя примерно 2 млрд лет, биосфера постепенно преобра¬зовала восстановительную атмосферу в окислительную. При этом живое вещество предварительно вывело из атмосферы различные вещества, в частно-сти, углекис¬лый газ, образовав огромные залежи известняков и дру¬гих углеродо-содержащих соединений.

Сейчас наша техногенная цивилизация сформирова¬ла мощный поток вос-становительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топ-лива в целях получения энергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год, в мире было со-жжено 450 млрд баррелей нефти, 90 млрд т угля, 11 трлн м3 газа (табл. 2). Таблица 2 Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000 МВт в год (в тоннах) Топливо Выбросы углеводороды СО NOx SO2 частицы Уголь 400 2000 27 000 110 000 3 000 Нефть 470 700 25 000 37 000 1 200 Природный газ 34 — 20 000 20,4 500 Основную часть выброса занимает углекислый газ - порядка 1 млн т в пере-счете на углерод 1 Мт. Со сточ¬ными водами тепловой электростанции ежегодно уда¬ляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных час¬тиц. Зола электростанций часто содержит повы-шен¬ные концентрации тяжелых, редко земельных и ра¬диоактивных веществ.

Для электростанции, работающей на угле, требует¬ся 3,6 млн т угля, 150 м3 воды и около 30 млрд м3 воздуха ежегодно.

В приведенных цифрах не учте-ны нарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля. Если учесть, что подобная электростанция активно работает несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количест-ва разово, то электростанция дела¬ет это постоянно. За десятки тысячелетий вул-каничес¬кая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно по¬влиять на состав атмосферы, а хозяйственная деятель¬ность человека за какие-то 100-200 лет обу-словила та¬кие изменения, причем в основном за счет сжигания ис¬копаемого топ-лива и выбросов парниковых газов раз¬рушенными и деформированными экоси-стемами.

Коэффициент полезного действия энергетических ус¬тановок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энер-гия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т. е. помимо химическо¬го в биосферу поступает тепловое загрязнение.

Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные измене-ния, а другой — региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других от-раслях хозяйства, но все же энерге¬тика и сжигание ископаемого топлива остают-ся источ¬ником основных глобальных загрязнителей.

Они посту¬пают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосфе¬ры, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсут¬ствовали - хлорфторуглероды. Это глобальные за-г¬рязнители, имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвую-щие в разрушении озонового экрана стратосферы. Таким образом, следует отметить, что на современ¬ном этапе тепловые элек-тростанции выбрасывают в ат¬мосферу около 20% от общего количества всех вред-ных отходов промышленности.

Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения и на со¬стояние биосферы в целом. Наиболее вредны конденса¬ционные электрические станции, работающие на низ¬косортных видах топлива. Так, при сжигании на стан¬ции за 1 час 1060 т донецкого угля из топок котлов уда¬ляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99% — 193,5 т золы, а через тру¬бы в атмосферу выбрасывается 10 млн м3 ды-мовых га¬зов. Эти газы, помимо азота и остатков кислорода, со¬держат 2350 т ди-оксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксида серы, 9,34 т оксидов азота (в пе-ресчете на ди¬оксид) и 2 т летучей золы, не «пойманной» электро¬фильтрами.

Сточные воды ТЭС и ливневые стоки с их территорий, загрязненные отхода-ми технологических циклов энер¬гоустановок и содержащие ванадий, никель, фтор, фе¬нолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы.

Изменение химического состава тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме ус¬ловий обитания и сказывается на видовом составе и чис¬ленности водных организмов и бактерий и в конечном счете может привести к нарушениям процессов само¬очищения водо-емов от загрязнений и к ухудшению их санитарного состояния. Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушения¬ми их состояния.

ТЭС производят энергию при по-мощи турбин, приводимых в движение нагретым паром. При работе турбин не-обходимо охлаждать водой от¬работанный пар, поэтому от энергетической стан-ции непрерывно отходит поток воды, подогретой обычно на 8-12 °С и сбрасы-ваемой в водоем. Крупные ТЭС нуждаются в больших объемах воды. Они сбра-сыва¬ют в подогретом состоянии 80-90 м3/с воды. Это оз¬начает, что в водоем не-прерывно поступает мощный поток теплой воды примерно такого масштаба, как река Москва.

Зона подогрева, образующаяся в месте впадения теплой «реки», пред-ставляет собой своеобразный уча¬сток водоема, в котором температура макси-мальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее. Зоны по-догрева крупных ТЭС занимают пло¬щадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в зоне подогрева образуются полыньи (в се¬верных и сред-них широтах). В летние месяцы тем¬пературы в зонах подогрева зависят от ес-тественной температуры забираемой воды. Если в водоеме тем¬пература воды 20 °С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С. В результате повышения температур в водоеме и нарушения их естест-венного гидротермического ре¬жима интенсифицируются процессы «цветения» воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются физиче-ские свойства воды, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрач¬ность воды, увеличивается рН, увеличивается скорость разложения легко окисляющихся веществ.

Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается. 2.

Экологические проблемы гидроэнергетики

сред-нее время эксплуатации АЭС составило 20 лет. К наиболее крупным авариям такого плана относится авария, слу¬чившаяся... Для сравнения не-обходимо отметить, что бомба, сброшенная на Хиросиму,... Последствия аварии будут сказы¬ваться на жизни нескольких поколений. После Чернобыльской аварии во многих государствах по требованию обще-с...

Краткая экологическая характеристика нетрадиционных методов получения энергии

Это пока проектируется, но в настоящее время в Швеции начато строитель... В настоящее время име¬ются турбины, позволяющие получать энергию, ис¬п... Ее можно использо-вать прямо (посредством улавлива¬ния техническими ус... ед.) Ветровая 0,4 4,5 Солнечная 30 3 Геотермальная 4 3 Атомная 1300 1 . Уже в настоящее время отдельные города или пред¬приятия обеспечиваются...

Заключение

Заключение На основании вышеизложенного можно сделать следующие вы-воды: 1. На современ¬ном этапе тепловые электростанции выбрасывают в ат¬мосферу около 20% от общего количества всех вредных отходов.

Они сущест-венно влияют на окружающую среду района их расположения и на со¬стояние биосферы в целом. Наиболее вредны конденса¬ционные электрические станции, работающие на низ¬косортных видах топлива. 2. Одним из важнейших воздействий гидроэнер¬гетики на окружающую среду является отчуждение значительных площадей плодородных земель под водохранилища.

В России, где за счет ис¬пользования гидроресурсов про-изводится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС зато-п¬лено не менее 6 млн га земель. На их месте уничтоже¬ны естественные эко-системы. Однако ГЭС обладает жизнесберегающей фун¬кцией - выработка ка-ждого млрд кВтч элект¬роэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел./год. 3. Ядерная энергетика в настоящее время может рассматриваться как наиболее перспективная.

Надежность, бе¬зопасность и экономическая эф-фективность атомных электростанций опирается не только на жесткую рег-ламентацию процесса функционирования АЭС, но и на сведение до абсолют-ного минимума влияния АЭС на ок¬ружающую среду. Оценивая перспективы развития мировой атомной энергетики, большинство авторитетных междуна-род¬ных организаций, связанных с исследованием глобаль¬ных топливно-энергетических проблем, предполагает, что после 2010-2020 гг. в мире вновь возрастет потреб¬ность в широком строительстве АЭС. 4. Решая задачу уменьшения воз¬действия на окружающую среду тра-диционных методов получения энергии наука и производство изучают возможности получения энергии за счет альтернативных (нетради¬ционных) ресурсов, таких, как энергия ветра, солн¬ца, геотермальная и энергия волн и других источни¬ков, которые относятся к неисчерпаемым и экологи¬чески чистым.

Литература

Литература 1. Барышев В Трутаев В. Источник энергии - в ее экономии // Белор. думка. 1999. 2. Герасимов В.В. Основные направления развития энергетики // Не-стор-вестник-НВ. 1997. 3. Дьяков А.Ф. Основные направления развития энергетики России.

М 2005. 4. Самойлов, М.В Паневчик В.В Ковалев А.Н. Основы энергосбере-жения: Учеб. пособие / 2-е изд стереотип Мн.: БГЭУ, 2002 198 с. 5. Справочник по наилучшим доступным техническим методам в теп-лоэлектроэнергетике М 2008. 6. Хван Т.А. Промышленная экология.

М Феникс, 2003. 7. www.atomas.ru.