Экологические проблемы энергетики: ядерной, тепловой, гидроэнергетики. взаимосвязь экологии и энергосбережения.
Традиционные способы выработки тепло- и электроэнергии в котельных и на ТЭС из первичных источников энергии, использование топлива в топливопотребляющих технологических установках сопряжены с разносторонним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду:
– выбросом в атмосферу вредных веществ;
– сбросом минерализованных и нагретых вод;
– потреблением в значительных количествах кислорода и воды;
– изъятием больших площадей земли для захоронения отходов (шлака, золы) и др.
Это воздействие является причиной закисления почвы и воды, способствует возникновению парникового эффекта, обуславливающего повышение температуры, провоцирует другие необратимые процессы. Кроме того, органическое топливо – это невосполнимые источники энергии, а это значит, что темпы их возобновления во много раз ниже темпов их потребления.
Придавая важность необходимости изучения среды обитания человека, в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась конференция с участием первых лиц 156 государств, которые подписали так называемую Рамочную конвенцию об изменении климата. Развитием ее является известный Киотский протокол 1997 года. Это первый в истории человечества случай, когда практически все мировое сообщество подключилось к решению такой сложной научной задачи, как охрана климата. Основным содержанием Киотского протокола является обязательство 35 стран мира по сокращению эмиссии парниковых газов, в первую очередь СО2, к концу 2021 г., по сравнению с базовым 1990 г., от 92 до 100 %. Согласно протоколу, промышленно развитые страны должны снизить такие выбросы на 5,2 %.
Парниковый эффект
Парниковый эффект- это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и, тем самым, способствовать аккумуляции тепла Землей.
В приложении к климатической Конвенции ООН названы технологические процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов:
-в энергетике – сжигание топлива, энергетическая, обрабатывающая и строительная промышленности;
-при добыче и транспортировке топлива – твердое топливо, нефть и природный газ;
-промышленные технологии – горнодобывающая, химическая, металлургическая, производство и использование галогенизированных углеродных соединений;
-в сельском хозяйстве – интенсивная ферментация, хранение и использование навоза, производство риса, управляемый пал, сжигание сельскохозяйственных отходов;
-отходы – хранение и сжигание отходов,
-обработка сточных вод.
Основным загрязнителем атмосферы является С02, образующийся при выработке электроэнергии в основном огневым способом, то есть путем сжигания добываемого органического топлива.
Страны, производящие % электроэнергии на АЭС, предотвращают эмиссию С02. Поэтому на конференции в Киото подчеркивалось, что только страны, имеющие ядерно-энергетические программы и поддерживающие их, располагают большими возможностями сокращения выброса парниковых газов.
Одним из самых загрязненных городов-столиц государств является Пекин с его 12-милионным населением. Основной причиной его загрязнения являются промышленные предприятия, густо разбросанные по городу. Во многом способствует загрязнению Пекина и отопление домов углем.
Основным источником загрязнения окружающей среды является автотранспорт.
Он использует 96 % всех производимых нефтепродуктов и выбрасывает затем в атмосферу тысячи тонн оксида углеводорода, оксида азота и других вредных веществ. Всего в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания содержится около 100 вредных для здоровья человека соединений. В среднем каждый автомобиль в год выбрасывает около 1т вредных веществ. Наряду с этим, автомобиль – один из самых крупных источников шума и вибрации.
Основным нейтрализатором вредных выбросов в атмосферу являются леса, занимающие 37 % территории Республики Беларусь, и болота, которые в 7 раз эффективнее, чем лес, поглощают углекислый газ. В городах основным очистителем воздуха являются тополиные насаждения: один тополь очищает воздух так, как делают это 4 сосны или 7 елей, или 3 липы.
Экологические проблемы тепловой энергетики.
В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. Тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, в том числе на человека, другие живые организмы и их сообщества.
Влияние энергетики на окружающую среду сильно зависит от вида используемого топлива. Наиболее «чистым» топливом является природный газ, дающий, при его сжигании наименьшее количество загрязняющих атмосферу веществ. Далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.
При сжигании топлива образуется много побочных веществ. При сжигании угля образуется значительное количество золы и шлака. Большую часть золы можно уловить, но не всю. Все отходящие газы, потенциально вредны, (диоксид углерода СО2).
При сжигании топлива образуется теплота, часть которой выбрасывается в атмосферу, приводя к тепловому загрязнению атмосферы, что в конечном итоге, влечет повышение температуры водного и воздушного бассейнов, таянию ледников.
Таким же катастрофическим может быть эффект от поступления в атмосферу большого количества твердых частиц.
Экологические проблемы гидроэнергетики.
Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища, на месте которых уничтожаются естественные экологические системы. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных.
Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава населяющих их живых организмов.
Кроме того, в водохранилищах по разным причинам происходит ухудшение качества воды. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные осадки, гумус почв и т.п.), так и в следствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосбросов.
В водохранилищах резко усиливается прогревание воды, 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. По этим причинам, а также вследствие медленной восстанавливаемости 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.
Экологические проблемы ядерной энергетики.
До недавнего времени ядерная энергетика рассматривалась как наиболее перспективная.
К преимуществам АЭС относится также возможность их строительства, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами (0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько дает сжигание 1000 тонн каменного угля).
До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков их эксплуатации.
При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в окружающую среду незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС такой же мощности, работающей на угле.
После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий на них. В результате аварии на ЧАЭС общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га.
Кроме страшных последствий аварийных ситуаций на АЭС можно назвать следующие их воздействия на окружающую среду:
– разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов водоносных структур и т.п.) в местах добычи руд, особенно при открытом способе добычи;
– изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для АЭС мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800~900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 и высотой, равной 40-этажному зданию;
– изъятие значительных объемов воды из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие естественные источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у водных обитателей
– не исключено попадание радиоактивного загрязнения в атмосферный воздух, воду, почву в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.
§
Токсичные компоненты, содержащиеся в отработанных газах, разделяют на две группы:
· продукты неполного сгорания топлива (СО; СnHm; C; альдегиды RCHO)
· продукты окисления элементов, входящих в состав топлива (NOx, SOx)
1) бенз(а)пирен – наиболее токсичный компонент, обладающий канцерогенными свойствами (С20Н12) . Образуется в результате пиролиза тяжелых фракций моторных топлив и смазочного масла при сравнительно умеренных температурах (400–700оС) в условиях сильного недостатка кислорода. При температурах св. 1000оС БП разлагается на водород и сажу. Образование и сохранение происходит в относительно холодных пристеночных слоях, на поверхности гильз цилиндров, покрытых масляной пленкой.
БП хорошо адсорбируется и прочно удерживается в сажевых частицах. Концентрация БП может колебаться в широких пределах в зависимости от типа двигателя и режима работы. Сажа бензиновых ДВС содержит значительно больше БП (в 18,5 раз), однако от дизельных двигателей количество сажи выбрасывается больше (в 25 раз).
2) диоксид азота – основной вредный ингредиент отработавших газов ДВС. Образование NOx не связано напрямую с реакциями горения, а имеет термическую природу. В результате диссоциации молекул кислорода и азота на атомы образование оксида азота может происходить по следующим реакциям:
O N2 → NO N;
N O2→ NO O.
3) сажа (твердые частицы) – черный дым. В отличие от белого/синеватого дыма 2-х тактных /изношенных 4-х тактных дизелей – несгоревших углеводородов смазочного масла. Образование происходит в результате пиролиза или окислительного крекинга углеводородных молекул в зонах сильно обогащенной смеси и достаточно высокой температуре. Такие условия создаются в дизелях при горении капелек жидкого топлива. Обильное образование сажи происходит в фазе замедленного диффузного горения. Большая часть сажи успевает сгореть в такте расширения, догорание происходит в выпускном тракте.
4) диоксид серы. Образуется за счет окисления серы, содержащейся в топливе.
S O2 → SO2
В дизельном топливе: 0,2; 0,035 и 0,005 %. Для сравнения – Кs = 0,02 //макс = 0,004.
5) оксид углерода (СО, угарный газ). Образование происходит при недостатке окислителя, либо при избытке воздуха и высокой температуре (св. 2000 К) за счет диссоциации молекул СО2.
6) углеводороды (СnHm). Разделяют предельные С1–С10 {алканы}; непредельные (алкены}; алициклические {нафтены}; ароматические. Несгоревшие, но частично разложившиеся углеводороды в основном сохраняются в пристеночных, относительно холодных слоях смеси.
Парниковый эффект
Глобальное потепление является твердо установленным научным фактом. Основной причиной глобальных процессов, изменение климата на нашей планете являются существующие технологии, оказывающие негативное воздействие не только на климат, но и на здоровье людей, выбрасывая в атмосферу парниковые газы, которые обуславливают парниковый эффект.
Парниковый эффект- это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и, тем самым, способствовать аккумуляции тепла Землей.
В приложении к климатической Конвенции ООН названы технологические процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов:
-в энергетике – сжигание топлива, энергетическая, обрабатывающая и строительная промышленности;
-при добыче и транспортировке топлива – твердое топливо, нефть и природный газ;
-промышленные технологии – горнодобывающая, химическая, металлургическая, производство и использование галогенизированных углеродных соединений;
-в сельском хозяйстве – интенсивная ферментация, хранение и использование навоза, производство риса, управляемый пал, сжигание сельскохозяйственных отходов;
-отходы – хранение и сжигание отходов,
-обработка сточных вод.
Основным загрязнителем атмосферы является С02, образующийся при выработке электроэнергии в основном огневым способом, то есть путем сжигания добываемого органического топлива.
Страны, производящие % электроэнергии на АЭС, предотвращают эмиссию С02. Поэтому на конференции в Киото подчеркивалось, что только страны, имеющие ядерно-энергетические программы и поддерживающие их, располагают большими возможностями сокращения выброса парниковых газов.
Одним из самых загрязненных городов-столиц государств является Пекин с его 12-милионным населением. Основной причиной его загрязнения являются промышленные предприятия, густо разбросанные по городу. Во многом способствует загрязнению Пекина и отопление домов углем.
§
Промышленность
Основными направлениями энергосбережения в промышленности являются:
– структурная перестройка предприятий, направленная на выпуск менее энергоемкой, конкурентоспособной продукции;
– специализация и концентрация отдельных энергоемких производств (литейных, термических, гальванических и др.) по регионам;
– модернизация и техническое перевооружение производств на базе наукоемких ресурсо- и энергосберегающих и экологически чистых технологий;
– совершенствование существующих схем энергоснабжения предприятий;
– повышение эффективности работы котельных и компрессорных установок;
– использование вторичных энергоресурсов и альтернативных видов топлива, в т. ч. горючих отходов производств;
– применение источников энергии с высокоэффективными термодинамическими циклами (ПТУ, ГТУ и т. п.);
– применение эффективных систем теплоснабжения, освещения, вентиляции, горячего водоснабжения;
– расширение сети демонстрационных объектов;
– реализация крупных комплексных проектов, влияющих на уровень энергопотребления в республике, ее энергообеспеченность и эффективность использования энергии.
Первоочередными мероприятиями являются:
– модернизация термического оборудования (печей, подогревателей, утилизаторов тепла, сушильных камер и т. п.);
– утилизации тепла уходящих газов;
– повышение эффективности работы котельных путём автоматизации основных и вспомогательных процессов, оптимизации процессов горения, установки в промышленных котельных турбогенераторов малой мощности;
– снижение затрат на теплоснабжение зданий и сооружений, вентиляцию, освещение, горячее теплоснабжение.
Сельское хозяйство
В сельском хозяйстве основными направлениями повышения эффективности использования ТЭР на период до 2005 года являются:
– внедрение энергоэффективных систем микроклимата, кормления, поения, содержания молодняка;
– внедрение эффективных сушильных установок для зерна, в т. ч. на местных видах топлива;
– внедрение систем обогрева производственных помещений инфракрасными излучателями;
– использование гелиоколлекторов для нагрева воды, используемой на технологические нужды;
– внедрение частотно-регулируемого привода для технологических установок, вспомогательного оборудования котельных;
– перевод котельных в водогрейный режим;
– децентрализация схем теплоснабжения с внедрением газогенераторных установок;
– замена электрокотлов и неэкономичных чугунных котлов на котельные установки, работающие на местных видах топлива;
– внедрение газогенераторных установок с применением эффективных технологий преобразования низкосортных топлив в высококалорийные;
– создание мини-ТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания, установка турбогенераторов малой мощности в котельных, строительство малых ГЭС;
– термореновация производственных помещений;
– внедрение энергоэффективных систем освещения производственных помещений, уличного освещения населённых пунктов;
– установка современной аппаратуры для технического обслуживания, регулирования двигателей внутреннего сгорания.
Первоочередные мероприятия:
– внедрение обогреваемых полов и ковриков на животноводческих фермах и комплексах;
– перевод содержания животных на глубокую подстилку;
– внедрение эффективных систем микроклимата;
– внедрение энергоэффективных систем поения, кормления, улучшенного содержания птицы, замена проточных поилок на ниппельные;
– термореновация производственных помещений;
– внедрение экономичных теплогенераторов, воздухоподогревателей для сушки зерна;
– замена низкоэффективных котлов на более экономичные, перевод котлов на местные виды топлива;
– ликвидация длинных тепло- и паротрасс с внедрением установок локального обогрева помещений на местных видах топлива;
– внедрение систем зонного обогрева инфракрасными излучателями, ге-лиоколлекторных установок;
– внедрение приборов контроля и регулирования ТЭР.
§
Основными направлениями ТЭР топливно-энергетических ресурсов повышения эффективности использования ТЭР и реализации потенциала энергосбережения в концерне “Белнефтехим” являются:
– внедрение новых энергоэффективных технологий, оборудования, материалов;
– утилизация тепла горючих ВЭР;
– снижение потерь тепла технологическими печами путем совершенствования конструкции футеровок;
– автоматизация технологических процессов, внедрение регулируемых электроприводов;
– установка противодавленческих турбин малой мощности в котельных.
Первоочередные мероприятия:
– внедрение систем электрообогрева технологических трубопроводов предприятий НПЗ;
– внедрение установок для утилизации тепла продуктов сгорания технологических печей различного назначения (риформинга, огневого обезвреживания вредных стоков ГПО «Азот»);
– внедрение новой технологии получения серной кислоты;
– совершенствование конструкций футеровок печей;
– установка в котельных турбогенераторов малой мощности.
Необходимые инвестиции – 15-20 млрд руб., из них собственные – до 90 %.
Энергетика
Концерн “Белэнерго” Министерства энергетики является основным поставщиком электро- и тепловой энергии. Установленная мощность всех электростанций этого концерна составляет 7619 тыс. МВт, из них 24 ТЭС (7612,1 МВт) и 10 ГЭС (6,9 МВт).
Удельный расход топлива на отпуск электроэнергии – 277,1 г/кВт • ч, на отпуск тепла – 172,84 кг • т/Гкал.
Технологический расход на транспорт электроэнергии составляет 11,62 %, тепловой – 9,57 % от общего потребления.
Основными направлениями повышения эффективности использования ТЭР и реализации потенциала энергосбережения в концерне «Белэнерго» являются:
– модернизация и замещение мощностей ТЭЦ и ГРЭС на базе максимального использования парогазовых и газотурбинных технологий;
– превращение действующих котельных в мини-ТЭЦ с установкой ПСУ, ПГУ, ГТУ;
– восстановление действующих и создания новых малых ГЭС;
– увеличение выработки электрической и тепловой энергии по комбинированному циклу;
– оптимальное распределение нагрузок на отдельных источниках и в энергосистеме;
– проектирование и создание комплексных систем теплоснабжения для промышленных узлов, городов и отдельных населенных пунктов с максимальным использованием вторичных энергоресурсов, комбинированным регулированием (качественно-количественное), независимым теплоснабжением отдельных объектов, с использованием предизолированных труб и высокоэффективных теплообменников;
– создание автоматизированных систем управления теплоснабжающих и теплопотребляющих комплексов, включая «источники – тепловые сети -потребители», с управлением тепловыми и гидравлическими режимами;
– реабилитация существующих систем отопления для обеспечения возможности индивидуального и группового регулирования и учета в жилых домах, общественных и производственных зданиях;
– сокращение расходов энергоносителей на собственные нужды источников, тепловых и электрических сетей, сокращение потерь в сетях;
– создание автоматизированных систем управления энергоблоками, объектами и энергосистемами в целом.
Первоочередные меры:
– создание газовой надстройки на Березовской ГРЭС;
– внедрение ПГУ, ГТУ и турбин малой мощности на действующих котельных;
– восстановление действующих и создание малых ГЭС;
– модернизация и повышение эффективности действующих энергоисточников и систем транспорта тепловых и электрических сетей путем;
– автоматизации технологических процессов сжигания топлива, водо-подготовки, непрерывной продувки;
– внедрения системы очистки поверхности нагрева с использованием современных реагентов;
– утилизация продувочных вод;
– модернизации проточной части паровых турбин с заменой отдельных ступеней направляющих аппаратов и уплотнений;
– увеличения объемов выработки электро- и теплоэнергии за счет передачи на них нагрузок от выводимых из работы котельных;
– технического перевооружения тепловых сетей с заменой трубопроводов на ПИ-трубы;
– замены морально устаревших теплообменников на современные плас-тинчатые;
– установки приборов учета ТЭР и регулирования;
– внедрение АСУ основного энергетического оборудования ПС 110 кВт;
– автоматизации учета электроэнергии и контроля напряжений на ПС 110 кВ.
