Воздействие угольных, мазутных и газовых теплоэлектростанций на окружающую среду

К тепловым электростанциям относятся и теплоэлектроцентрали, обеспечивающие теплом предприятия и жилье, с одновременным производством электроэнергии. Теплофикация обеспечивает экономию топлива, значительно увеличивая КПД электростанций (60% полезного использования топлива вместо 35% на ТЭС). ТЭЦ размещаются в пунктах потребления пара и горячей воды, поскольку радиус передачи тепла невелик (10-12 км). В настоящее время на теплоэлектроцентрали приходится около 1/3 мощности всех паровых турбин.

Появились крупные ТЭЦ. Мощность более 1 млн. кВт имеют ТЭЦ-21, ТЭЦ-22 и ТЭЦ- 23 Мосэнерго и Нижнекамская ТЭЦ. В крупных промышленных центрах стали появляться газотурбинные электростанции, работающие на двигателях внутреннего сгорания, которые выгодно использовать для покрытия пиковых нагрузок. Для введения их в действие нужно всего 20 минут (паровой – 5-7 часов). Гидравлические электростанции. ГЭС являются весьма эффективными источниками энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, обладают простотой управления и имеют высокий КПД (более 80%). В результате себестоимость производимой на ГЭС энергии в 5-6 раз ниже, чем на ТЭС.

Освоение гидроресурсов наиболее эффективно в восточных районах страны, что определяется сочетанием многоводности рек, горного рельефа территории, узости скальных русел и, следовательно, созданием большого напора воды. В результате себестоимость электроэнергии в 4-5 раз дешевле, чем в европейской части страны. ГЭС восточных районов играли первичную роль в освоении природных ресурсов и развитии производительных сил. На их основе созданы ТПК, специализирующиеся на энергоемких производствах.

Характерной чертой гидроэнергостроительства в стране являлось сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций с комплексным использованием гидроресурсов: для получения электроэнергии, снабжения производства и населения водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. Крупнейшими каскадами являются Волжско-Камский и Ангаро- Енисейский. Крупнейшими гидроэлектростанциями являются ГЭС Восточно-Сибирского экономического района: Саяно-Шушенская, Красноярская, Братская, Усть-Илимская. Мощные ГЭС европейской части страны созданы на равнинных реках, в условиях мягких грунтов. Это, прежде всего, ГЭС на Волге: в Волгограде, Самаре, Саратове, Чебоксарах, Воткинске и др., всего 13 гидроузлов общей мощностью 11, 5 млн. кВт. В европейской части страны перспективно развитие нового вида гидроэлектростанций – гидроаккумулирующих (ГАЭС). Электроэнергия на ГАЭС производится за счет перемещения массы воды между двумя бассейнами, размещенными в разных уровнях и соединенных водопроводами. В ночное время, за счет излишков электроэнергии, вырабатываемой на постоянно работающих ТЭС и ГЭС, вода из нижнего бассейна по водопроводам, работающим как насосы, закачивается в верхний бассейн. В часы дневных пиковых нагрузок, когда энергии в сети не хватает, вода из верхнего бассейна по водопроводам, работающим уже как турбины, сбрасывается в нижний бассейн с выработкой энергии. Это один из немногих способов аккумуляции электроэнергии и поэтому ГАЭС строятся в районах ее наибольшего потребления. В эксплуатацию введена Загорская ГАЭС, общая мощность которой составляет 1,2 млн. кВт.

Атомные электростанции. Важной особенностью развития электроэнергетики на современном этапе является строительство АЭС. Их доля в суммарной выработке электроэнергии в нашей стране составляет 13% На наших АЭС эксплуатируются реакторы 3-х основных типов: водо-водяные (ВВЭР), большой мощности канальные – уроно-графитовые (РБМК) и на быстрых нейтронах (БН). ВВЭР (12блоков) считаются надёжными, но только ВВЭР на Нововоронежской, Кольской, Тверской имеют защитные колпаки. Такой колпак при аварии на «Тримал-Айленд» (США, 1979г.) не допустил радиоактивного выброса. Наиболее опасными являются РБМК, которые по экономическим и техническим причинам нельзя защитить колпаком. В этом состоит трагедия атомной энергетики в нашей стране, избравшей в своем развитии изначально порочный путь.

В настоящее время в России на 9 атомных станциях эксплуатируется 29 энергоблоков. Крупнейшими АЭС являются Санкт-Петербургская (г. Сосновый Бор) – 4 млн. кВт (РБМК); Курская (г. Курчатов) – 4 млн. кВт (РБМК); Балаковская (Саратовская обл.) – 4 млн. кВт (ВВЭР); Смоленская – 3 млн. кВт (РБМК); Тверская (г. Удомля) – 2 млн. кВт (ВВЭР);Нововоронежская – 1,8 млн. кВт (ВВЭР); Кольская (г. Кандалакша) – 1,8 млн.кВт (ВВЭР).

Энергосистемы. Важной чертой современного развития электроэнергетики является сооружение электроэнергетический систем, их объединение и создание в стране единой энергетической системы.

Энергосистема – это комплекс тепловых, гидравлических, атомных электростанций, объединенных между собой высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП). Создание мощных ЛЭП экономически выгодно: способствует территориальному рассредоточению производства и, следовательно, рациональному использованию природных ресурсов всех районов страны; повышается надежность снабжения электроэнергией народного хозяйства, выравниваются суточные и годовые графики потребления электроэнергии.

РАО «ЕЭС России» – крупнейшая в мире энергосистема, имеющая в своем потенциале 600 тепловых, 100 гидроэлектростанций и 9 атомных.

 

 

1.3 Проблемы развития отрасли

 

Ряд первоочередных проблем в отрасли относится к общеэкономическим: сокращается прирост мощностей; не производится замена, модернизация работающего оборудования; ряд районов испытывает трудности с обеспечением электроэнергией.

Необходимы поиски и внедрения более эффективных путей передачи электроэнергии, например, использование явления высокотемпературной сверхпроводимости. Все современные способы производства электроэнергии имеют массу недостатков и работа ТЭС, ГЭС, АЭС сопровождается рядом отрицательных экологических последствий.

ТЭС. Имеют низкий КПД – не более 35%, что вызывает необходимость добычи огромных объемов топлива, а это значительные затраты труда, металла, земли, перегруженность транспорта, сжигание нефти, большие потери энергии при ее передаче – до 10% на каждую тысячу километров ЛЭП.

Кроме того, работа ТЭС ведет к загрязнению природного окружения, прежде всего загрязнению воздуха сернистым ангидридом, превращающимся в серную кислоту и золой, способствует «парниковому эффекту». Характерны для тепловой энергетики выбросы наиболее токсичных веществ – пятиокиси ванадия и бенз(а)пирена. Велики объемы сброса загрязненных сточных вод и золошлакоотвалов.

Необходимо улучшать существующие способы сжигания топлива, например, разрабатывать и применять технологии сжигания бурого угля в кипящем слое, МГД-генераторы, где струя плазмы в магнитном поле непосредственно генерирует ток и , следовательно, тепловая энергия прямо преобразуется в электрическую, минуя механический участок цепи.

Следует добиваться эксплуатации пылеочистного оборудования с максимально возможным КПД, при этом образующуюся золу эффективно использовать в качестве сырья при производстве строительных материалов.

ГЭС. Строительство водохранилищ связано с потерями большого количества плодородных земель на равнинах. В горах такое строительство, как считают ряд специалистов, может вызвать землетрясение в результате усиления тектонического давления массы воды на земную кору. Сокращаются рыбные запасы. Вода обедняется кислородом и становится почти безжизненной. Перспективно строительство сравнительно небольших электростанций, работающих в автоматическом режиме, прежде всего в горной местности, а также – обваловка водохранилищ для освобождения плодородных земель.

АЭС. Ядерная энергетика имеет большие перспективы в развитии термоядерных электростанций. Это практически вечный источник энергии, почти безвредный для окружающей среды. Пределы ставит лишь ограничение возможности производства добавленной энергии. В основе – ядерный синтез в противоположность ядерному распаду на современных АЭС. Процесс реализован пока лишь в водородной бомбе. Плазму, разогретую до 100 млн. градусов, необходимо достаточно долго удерживать в рабочем состоянии. В современных «токамаках» достигнуты температуры порядка 60 млн. градусов и процесс идет лишь доли секунды. В разработке международного токмана ИТЭР объединяют усилия ученые США, Европы, Японии, России.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВОЗДЕЙСТВИЕ УГОЛЬНЫХ, МАЗУТНЫХ И ГАЗОВЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

 

ТЭК России – один из крупнейших в промышленности загрязнителей окружающей среды: в 1997 г. на его долю пришлось 47,7% общих выбросов вредных веществ в атмосферу в промышленности (39,1% - по России) и до 70% парниковых газов, 27% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные объекты и более 30 % твердых отходов. Большое количество отходов, образовавшихся на предприятиях ТЭК в предыдущие десятилетия, находится в отвалах и шламонакопителях. В электроэнергетике, например, в отвалах накоплено свыше 1,2 млрд. т золошлаковых отходов.

 

2.1 Выбросы в атмосферу

 

По данным Госкомстата России суммарный объем выбросов вредных веществ в атмосферу предприятиями энергетической, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, газовой и угольной отраслей снизился почти на 6,1% по сравнению с предыдущим годом (93,9% к уровню 1996 г.) и составил 7558,5 тыс. т, из них 58,6% - выбросы предприятий тепло- и электроэнергетики. Незначительное повышение выбросов вредных веществ зафиксировано только в нефтедобывающей промышленности, которая опередила в 1997 г. остальные отрасли ТЭК по приросту выбросов твердых веществ (на 27,4%), оксидов азота (на 19,3%), сернистого ангидрида (на 16,0%) и оксида углерода (на 10,3%)

Из 316 предприятий – основных загрязнителей атмосферного воздуха почти половина (49,4%) приходится на ТЭК. В 1997 г. на предприятиях электроэнергетики образовалось 8,1 млн.т токсичных отходов, нефтеперерабатывающей промышленности – 0,76 млн. т, газовой – 0,06 млн.т, угольной промышленности – 0,15 млн. т. Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу и во время пребывания там ведущие себя по-разному (изменяется температура, свойства, фазовые и агрегатные состояния, образуются и разлагаются химические соединения, смеси) называются примесными выбросами. Происходящие в продуктах сгорания при движении их в пределах энергоустановки, изменения обусловлены высокими абсолютными температурами, большими перепадами температур, высокими скоростями движения, взаимодействием с конструкционными материалами (огнеупорные и изоляционные материалы, металлы и сплавы), а также взаимодействиями, происходящими в этих условиях.

При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.

В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.

 

2.1.1 Газообразные выбросы.

 

Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота.

Окислы углерода практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. К числу примесей относятся, прежде всего, окись и двуокись углерода.  Свойства СО2 и СО, как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются избирательностью в небольших участках спектра. Так, для СО2 при нормальных условиях характерны три полосы селективного поглощения излучения в диапазонах длин волн: 2,4-3,0; 4,0-4,8; 12,5-16,5 мкм. С ростом температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, так как уменьшается плотность газа.

Сера. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид - SO2. Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений, содержащихся в уходящих газах котлоагрегатов. Его удельная масса составляет 2,93 кг/м^3, температура кипения 195 гр. по Цельсию. Продолжительность пребывания SО2 в атмосфере сравнительно невелика. В присутствии аммиака и некоторых других веществ время жизни SО2 исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15-20 суток. Воздействие серы на людей, животных и растения, а также на различные вещества разнообразна и зависит от концентрации и от различных факторов окружающей среды.

Азот. В процессе горения азота образует с кислородом ряд соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, свойства которых существенно различаются. Время существования окислов азота характеризуется сроком от 100 часов до 4,5 лет. Аэрозоли подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые в атмосферу, и вторичные - образуемые при превращениях в атмосфере. Время существования аэрозолей в атмосфере колеблется от минут до месяцев, в зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли на высоте 1 км существуют 2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких месяцев.

 

2.1.2 Выбросы твердых частиц

 

Размеры частиц могут сильно отличаться. Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и свойств, а также от свойств воздуха. Значительная доля примесей выпадает вблизи источника. Для тяжелых примесей характерна меньшая зависимость от толщины приземного слоя, чем для легких. Вследствие большой дисперсности частиц максимумы их концентрации разнесены в пространстве.

 

2.1.3.Выбросы влаги

 

Поступление влаги в атмосферу от энергетических объектов вызывается различными процессами, имеющими различные температуры и энергии (сгорание топлива, продувки, протечки и др.). Поведение влаги в атмосфере, в свою очередь, отличается разнообразием и связано с локальными концентрациями и фазовыми переходами. Как и другие газообразные вещества, водяной пар имеет линейчатый спектр поглощения. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощающая способность уменьшается. Количественная оценка поведения влаги в атмосфере может производиться только на фоне естественного атмосферного влагосодержания, которое зависит от взаимодействия с гидросферой и литосферой, а также с тепловыми процессами. Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу подвергаются наиболее детальному и глубокому изучению.