Чистая окружающая среда является ограниченным ресурсом наряду с трудом, капиталом и знаниями. Топливно-энергетический комплекс занимает ведущее место по степени воздействия на окружающую природную среду среди объектов техногенного воздействия. Специфика объектов ТЭК как источника загрязнения окружающей среды характеризуется высокой пожаро- и взрывоопасностью добываемых и транспортируемых продуктов, значительной удаленностью потребителей от производителей, а, следовательно, большой протяженностью систем транспорта энергоресурсов, изменчивостью природного ландшафта, климатических, геокриологических и др. условий, в которых строятся и эксплуатируются объекты комплекса. Энергетические предприятия оказывают значительное влияние и на климат планеты, поскольку выбрасываемые ими в атмосферу вещества способствуют деградации озонового слоя Земли и нарастанию парникового эффекта: 70% парниковых газов поступают в атмосферу с выбросами предприятий ТЭК.
Исследованием проблем топливно-энергетического комплекса России и его взаимодействием с окружающей средой занимаются многие отечественные и зарубежные специалисты. Основной целью этих исследований является выработка направлений снижения отрицательного воздействия ТЭК на окружающую среду при прогнозировании его развития.
Функционирование ТЭК сопровождается образованием различных типов отходов, которые проявляются в виде выбросов в атмосферу, сбросов загрязненных сточных вод и жидких отходов, образованием твердых отходов. Оказывая значительное воздействие на окружающую среду, ТЭК является также источником техногенной опасности возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций в результате значительного износа основных фондов, что обусловливает загрязнение природной среды по всем перечисленным направлениям.
Рассмотрим три основных направления воздействия ТЭК на объекты окружающей среды:
ВОЗДУХ → Выбросы в атмосферу
ВОДА → Сброс загрязненных сточных вод
ЗЕМЛЯ → Твердые отходы
Анализ воздействия основных секторов ТЭК по каждому направлению показывает, что за период 2005-2015 г. наблюдалась устойчивая тенденция сокращения выбросов загрязняющих веществ отраслями ТЭК и промышленностью в целом, при росте доли ТЭК в общих выбросах промышленности. Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников промышленности уменьшились почти в 2 раза, по ТЭК – в 1,8 раза, доля отраслей ТЭК возросла с 44,8% до 48,8%. По объемам сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы отмечается аналогичная тенденция: снижение объемов сброса загрязненных вод на 43% и увеличение доли ТЭК в структуре выбросов промышленности с 22% до – 24%. Начавшийся рост промышленного производства в 2015 г. происходил в условиях сокращения валового выброса вредных веществ в атмосферу от стационарных источников: в целом по Российской Федерации на 0,7% (до 18,5 млн. т) по сравнению с 2014 г.
Крупными источниками загрязнения окружающей среды являются нефтегазовые месторождения и магистральные газопроводы, где основными загрязняющими компонентами являются нефть и ее пары, сточные воды, а также продукты сгорания.
Рассмотрим воздействие отраслей ТЭК на основные сферы окружающей среды.
1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
· Электроэнергетика
По суммарным выбросам загрязняющих веществ в атмосферу «лидирует» электроэнергетика, ее доля в суммарных выбросах стационарными источниками промышленности за рассматриваемый период превысила 25% и достигла в 2015 г. 26,8%. В 2015 г. выбросы ЗВ составили 3,9 млн. т, что ниже уровня 2014 г. на 56 тыс. Сохранение устойчивой тенденции сокращения выбросов обусловлено увеличением до 64% доли природного газа в структуре ТЭБ; повышением экологической культуры эксплуатации тепловых станций - внедрение эффективных золоулавливающих установок; введением в действие ГОСТа (Р50831-95), устанавливающего нормативы удельных выбросов для вновь вводимых котельных установок на уровне мировых стандартов.
Нефтедобывающая промышленность макроэкономический анализ: методы и результаты.
Объемы выбросов ЗВ в атмосферу сократились за 2005-2015 гг. в 1.8 раза, однако доля отрасли в выбросах промышленности в 2015 г. превысила уровень 2005 г. и составляла 9% от выбросов стационарными объектами промышленности. Основными ЗВ в нефтедобывающей промышленности являются углеводороды – 48%, оксид углерода – 44% и твердые вещества – 4,4%. Рост доли нефтедобычи в выбросах промышленности обусловлен в значительной степени сжиганием в факелах добываемого попутного газа. В настоящее время в целом по отрасли в факелах сжигается около 20% всего добываемого попутного газа, на отдельных месторождениях ОАО «Томскнефть», «ВНК», ОАО «НК «Юкос» этот показатель достигает 70%, что связано с незначительным объемом ресурсов попутного газа на отдельных месторождениях, а также их удаленностью от потребителей.
Эффективным решением проблемы утилизации попутного газа является его использование на малогабаритных газогенераторных электростанциях, что позволит обеспечить потребности промыслов в электроэнергии и снизить эмиссию парниковых газов. Для улучшения экологической ситуации в нефтедобыче требуется ремонт и замена устаревшего оборудования добывающих предприятий, внутрипромысловых трубопроводов, использование труб с повышенными антикоррозийными свойствами. Решение этой проблемы, на наш взгляд, требует разработки и принятия соответствующей законодательной базы, а также федеральной Программы утилизации попутного нефтяного газа на объектах ТЭК.
В нефтепереработке состав основных ЗВ тот же, что и в нефтедобыче, их общее количество сократилось к 2015 г. почти в 2 раза до 748 тыс. т. Доля отрасли составляет 5% от выбросов промышленности.
· Газовая промышленность
Объемы выбросов ЗВ в атмосферный воздух от стационарных источников за 2005-2015 гг. сократились более чем в 3 раза. Доля отрасли в общем объеме выбросов промышленности также сократилась на 1% и составила в 2015 г. 3%. Следует отметить, что несмотря на незначительное уменьшение уровня добычи природного газа в 2015 г. (составил 590 млрд. м 3) и проводимую работу по снижению загрязнения атмосферного воздуха, выбросы ЗВ по газовой промышленности увеличились на 6,5% и составили более 456,3 тыс. т. Основной причиной являются аварии на магистральных газопроводах, происходящие вследствие старения оборудования. В 2015 г. в отрасли произошло 26 аварий. Наблюдается увеличение углеродов до 70,6% в общем объеме выбросов ЗВ, что обусловлено преимущественно ростом выбросов метана до 9%, который является одним из «парниковых газов». Эмиссия метана и углекислого газа в газовой отрасли происходит на всех стадиях технологического процесса. Доминирующее влияние оказывает газотранспортная система, на долю которой приходится 70% всех выбросов.
Согласно расчетам специалистов ОАО "Газпром" потери метана в газовой промышленности России колеблются от 1,03 до 1,54% и в среднем составляют примерно 1,3% от объема добычи природного газа . Доля потерь газа из распределительных газопроводов ОАО "Газпром" составляет 25 - 29% от суммарной эмиссии метана по отрасли в целом (в США в 2005 – 2015 гг. она составляла 24-43%), потери природного газа в атмосферу для различных подземных хранилищ газа находятся в интервале 0,7 - 3% от активного объема хранимого газа .
В настоящее время в газовой промышленности реализуется международный ―Проект снижения выбросов парниковых газов при производстве и потреблении метана в России, а также специальная программа работ по снижению потерь на период до 2005 г. Прогнозируется, что реализация предусмотренных мер позволит снизить потери природного газа на 3 млрд. м 3 .
· Угольная промышленность
В рамках реструктуризации угольной промышленности, проводимой с 2011 г., ликвидируются нерентабельные производства, ведется реконструкция и техническое перевооружение ряда перспективных шахт в Кузбассе, в республике Коми, на Дальнем Востоке и в Ростовской области. В результате выбросы в атмосферу вредных веществ за макроэкономическийанализ: методы и результаты: рассматриваемый период снизились в 2,4 раза, при росте доли отрасли в выбросах промышленности с 0,8% до 3,8%. В 2014-2015 г. общий объем выбросов ЗВ в атмосферный воздух увеличился на 2% и составил более 614 тыс. т, что было обусловлено ростом добычи угля на 7,7%, а также значительным увеличением сжигания метана в отвалах. Ресурсы метана в шахтных забоях возросли до 400 млн. м 3 , в этой связи увеличилось количество взрывоопасных ситуаций и реальных аварий на угольных шахтах, в 2015 г. горело около 60 отвалов.
Общие ресурсы метана в Кузбассе по оценкам экспертов составляют 10-13 трлн. м 3 (газовыделение углей составляет 20-25 м 3 на 1 т угля), промышленные запасы метана Печорского угольного бассейна достигают 2 трлн. м3. Использование метана угольных пластов в энергетике позволит снизить затраты на теплоснабжение и улучшить экологическую ситуацию за счет отказа от сжигания угля. Уголь содержит наибольшее количество серы по сравнению с другими энергоносителями - 0,2-7%, в нефти и мазуте ее содержание почти в 2 раза меньше – 0,5-4,0%, дизельное топливо содержит 0,3-0,9%, а в природном газе сера практически отсутствует .
2. Сброс загрязненных сточных вод.
· Электроэнергетика
Электроэнергетика потребляет около 70% общего объема воды, используемой промышленностью. Отрасль является лидером по суммарным выбросам загрязняющих сточных вод в поверхностные водоемы, ее доля в 1999 г. была на уровне 2005 г. и составляла 15,4%. Объем сброса загрязненных сточных вод 2005-2015 гг. сократился в 1,8 раза, в т.ч. за 2015 г. - на 31%, несмотря на увеличение выработки электроэнергии и потребления свежей воды на 500,3 млн. м 3 . Снижение выбросов обусловлено в значительной степени повышением экологической культуры эксплуатации тепловых станций, а также увеличением доли природного газа в структуре ТЭБ.
· Угольная промышленность
Сброс сточных вод за рассматриваемый 9 –летний период сократился почти в 1,5 раза и составил 396 млн. м3, что на 12% меньше уровня 2014 г. Доля отрасли в общем объеме сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы промышленностью возросла с 4,5% в 1991г. до 6,1% в 2015г.
· Нефтеперерабатывающая промышленность
Доля отрасли в объеме сброса загрязненных сточных вод промышленностью в 2013-2015 гг. оставалась на уровне 2005 г. и составляла 2,6%. За рассматриваемый период произошло снижение сброса почти в 2 раза. В 1999 г. отраслью сброшено в поверхностные воды на 11% меньше загрязненных сточных вод (164,4 млн. м 3) в сравнении с уровнем предыдущего года, что достигнуто в результате увеличения объемов использования очищенных стоков.
· Газовая промышленность
Отрасль потребляет и сбрасывает в поверхностные воды незначительное количество загрязненных сточных вод, ее доля составляет около 0,05% от объемов сброса промышленностью в целом. К 2015 г. объем загрязненных сточных вод уменьшился в 1,5 раза по сравнению с 2005 г. и составил 3,15 млн. м 3 . При этом общий объем водопотребления сократился в 2 раза.
· Нефтедобывающая промышленность
В отрасли за анализируемый период произошло сокращение сброса загрязненных сточных вод в 5,5 раза, в т.ч. за 2014-2015 гг. почти в 5 раз. При этом доля отрасли сократилась с 0,2% в 2015 г. до 0,07% к 2005 г. За 2015 г. на 18% снизилось общее количество использования воды в результате проведения политики водосбережения при поддержании пластового давления (снижение закачки свежей воды), мероприятий по оптимизации схемы водного хозяйства, увеличения повторно-последовательного использования воды. Загрязнение поверхностных вод и питьевых источников происходит также вследствие разливов нефти и нефтепродуктов, что в значительной степени макроэкономический анализ: методы и результаты обусловлено старением трубопроводов, повышенной обводненностью нефтяных пластов, наличием сероводородных примесей. В 1999 г. общее количество порывов на межпромысловых и внутрипромысловых трубопроводах достигло 53,8 тыс. случаев.
3. Твердые отходы
Угольная промышленность является "лидером" среди отраслей ТЭК России по выбросу в атмосферу твердых веществ. Значительные выбросы угольной пыли происходят при транспорте угля и составляют 15 кг/т у.т. На угольных разрезах Кузбасса ежегодно в атмосферу поступает более 238 тыс. т пылевидных частиц.
В электроэнергетике основная часть твердых отходов связана с золошлаковыми отходами, в 2015 г. их количество составило 2,4 млн. т., при общем количестве порядка 40 млн. т, на основе данных ).
На предприятиях нефтедобывающей промышленности в 2015 г. образовалось 604 тыс. т твердых отходов, в нефтепереработке – 696,8 тыс. т, что на 19% больше уровня 2014 г., из которых 37,1% - нефтяные шламы.
В добыче газа за 2015 г. объем твердых отходов составил 143 тыс. т, часть которых обезврежена, передана другим предприятиям и размещена в местах постоянного хранения.
Аварийные и чрезвычайные ситуации
Одной из основных проблем ТЭК является загрязнение ОС в результате аварийных и чрезвычайных ситуаций. По данным Госгортехнадзора за 2011-2013 гг. на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири происходило до 40 тыс. аварий в год со значительным разливом нефти и ее попаданием в водоемы и заболоченные территории. В 2015 г. общее количество порывов на нефтепроводах составило 19 тыс. случаев, в т. ч. по причине коррозии 96,4%, что обусловлено в значительной мере высокой степенью изношенности трубопроводов: старением труб, их внутренней коррозией, увеличением общего срока службы нефтепромыслов, значительной обводненностью нефти, агрессивностью перекачиваемой среды, включая наличие примесей, содержащих сероводород.
На магистральных газопроводах в 2015 г. произошло 26 аварий, в результате которых объем эмиссии природного газа достиг 100 млн. м 3 . Основная причина - старение газопроводов и отсутствие средств на капитальный ремонт.
4. Парниковые газы
В последнее время большое значение имеет проблема эмиссии парниковых газов. Наибольшую значимость эта проблема приобрела в связи с подписанием Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК) и Киотского протокола. Страны-участники Киотского протокола на Третьей конференции сторон РКИК (Киото, 1-10 декабря 2013 г.) установили ограничения и квоты на выбросы по 6 видам парниковых газов: двуокиси углерода (СО 2 или карбон диоксида), метана, закиси азота, гидро- и перфторуглеродов и гексафторида серы, среди которых ведущее место занимает СО2. Основной объем выбросов углекислого газа приходится на энергетическую сферу, в его выбросах по России доля сжигания ископаемого топлива составляет 98,6%. Аналогичная структура характерна и для мирового сообщества в целом.
Энергетика – один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. Краткая экологическая характеристика основных объектов электроэнергетики, на базе которых может осуществляться ее развитие, свидетельствует о том, что все они оказывают то или иное отрицательное воздействие на окружающую среду. Практически нет объектов, которые совсем не влияют на окружающую среду.
Энергетика влияет на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), гидросферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение ландшафта, выбросы токсичных веществ).
Тепловые электростанции, сжигающие органические виды топлива, неблагоприятно влияют практически на все сферы окружающей среды и подвергают природу всем рассмотренным видам воздействий, включая выбросы радиоактивных веществ в составе летучей золы дымовых газов, которые по оценкам ряда специалистов превышают объем радиационных выбросов АЭС при их нормальной эксплуатации. Радиоактивные вещества, содержащиеся в первичном топливе, выносятся за пределы ТЭС с твердыми частицами (золой) и рассеиваются с дымовыми газами на огромной территории.
Отрицательное воздействие ТЭС усугубляется тем, что их работа должна обеспечиваться постоянной добычей топлива (топливная база), сопровождаемой дополнительными отрицательными воздействиями на окружающую среду: загрязнением воздушного бассейна, воды и земли; расходом земельных и водных ресурсов, истощением невозобновляемых запасов топлива (природных ископаемых ресурсов).
Загрязнение природной среды происходит также при транспортировании топлива, как в виде его прямых потерь, так и в результате расхода энергоресурсов на его перевозку, которая в среднем по территории России производится на расстоянии около 800 км.
Общая сумма позиций, по которым определяется отрицательное воздействие объектов электроэнергетики на окружающую среду, оказалась наибольшей для ТЭС, использующих органическое топливо.
По такой качественной оценке воздействия на окружающую среду на втором месте находятся атомные электростанции с их топливной базой. Среди факторов неблагоприятного воздействия АЭС такие грозные, как радиационная опасность.
Среди большого числа загрязнителей воздуха (более 200) выделяются пять основных, на долю которых приходится 90-95 % валового выброса вредных веществ в различных регионах страны. К ним относятся: твердые частицы (пыль, зола); оксиды серы; оксиды азота; оксиды углерода; углеводороды. В электроэнергетике к основным загрязняющим атмосферу веществам относятся три первых. Выбросы электроэнергетики достигают 1/3 общего количества вредных веществ, поступающих в атмосферу от стационарных источников.
Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу электростанциями за 10-летний период заметно снизилось, хотя выработка электроэнергии за тот же период возросла на 27 %. Это снижение обеспечено за счет изменения структуры генерирующих мощностей, совершенствования систем золоочистки, увеличения доли используемого природного газа, уменьшения количества сжигаемого на электростанциях высокосернистого мазута и снижения средней сернистости углей.
По уровню опасности основные выбросы электростанций относятся к III классу, т.е. не являются самыми опасными. Наряду с рассмотренными выше основными загрязняющими атмосферу веществами в дымовых газах электростанций имеется некоторое количество еще более вредных, в том числе канцерогенных, веществ, относящихся к I классу опасности. Установлено, что существенные количества канцерогенных веществ образуются при слоевом сжигании топлива. Сжигание же топлива в пылеугольных топках снижает количество выбросов канцерогенных веществ на четыре порядка. Бензапирен и другие канцерогенные вещества хоть и присутствуют в продуктах сгорания электростанций, но в таких небольших дозах, что определяют не более 3-4 % токсичности продуктов сгорания мощных ГРЭС.
Строительство крупных ТЭС, сжигающих твердое топливо в пылеугольных топках или природный газ, способно существенным образом улучшить канцерогенную обстановку в населенных пунктах за счет отказа от большого числа мелких котельных, в выбросах которых на четыре порядка больше канцерогенных веществ, чем у крупных электростанций. Тем более что и осуществляются эти выбросы через низкие трубы, не способствующие их достаточному рассеиванию.
При сгорании в топках котлов электростанций органического топлива образуются твердые и газообразные вредные вещества (так называемые «отходящие»), транспортируемые в составе дымовых газов по газоходам котла в дымовую трубу. Часть «отходящих» вредных компонентов поглощается другими составляющими дымовых газов (например, оксиды серы частично поглощаются золой) в котле и в процессе движения по газоходам. На выходе из дымовой трубы они улавливаются специальными устройствами, например золоуловителями. Все, что не поглощено и не уловлено, выбрасывается в атмосферу. Эти не уловленные и не поглощенные вредные вещества называются «вредными выбросами» или просто «выбросами».
С дымовыми газами ТЭС в атмосферу поступает большое количество различных вредных веществ. Самая большая доля их приходится на золу (твердые частицы), оксиды серы и азота, выбросы которых нормируются и рассчитываются на перспективу.
Другие выбросы (СО и СО 2) не учитываются и не контролируются, т. к. в условиях нормальной эксплуатации монооксид углерода в выбросах ТЭС отсутствует. В связи с этим выбросы монооксида углерода не учитываются, как и выбросы диоксида СО 2 , объем которого очень велик. Этот газ не токсичен и в природном цикле служит источником получения кислорода в процессе фотосинтеза растений.
Ученые ряда стран отмечают нарастание концентрации СО 2 в атмосферном воздухе, что, по-видимому, является результатом увеличения его выброса в связи с сжиганием все возрастающего количества органического топлива в мире, в том числе и на электростанциях, а также сокращения площади лесных массивов из-за интенсивной вырубки лесов во всех регионах Земли, и особенно в бассейне р. Амазонки, леса которого по праву считаются легкими планеты. Повышение концентрации СО 2 в атмосфере планеты способно оказать глобальное влияние на климат планеты, создавая так называемый «парниковый эффект», ведущий к увеличению средней температуры воздуха, таянию ледников, повышению уровня мирового океана, затоплению обширных прибрежных районов Земли и другим неблагоприятным воздействиям.
При экологическом сопоставлении вариантов развития электроэнергетики следует учитывать, что при прочих равных условиях источники электроэнергии, сжигающие органические виды топлива и выбрасывающие большое количество СО 2 , имеют определенный минус по сравнению с электростанциями, принципиально не влияющими на создание «парникового эффекта». К их числу относятся в первую очередь гидроэлектростанции, а также АЭС и электростанций на альтернативных источниках.
Говоря о воздействии на температурные условия окружающей среды, уместно, по-видимому, остановиться на нарушениях теплового баланса в результате прямых выбросов теплоты, связанных с работой электростанций.
Практически вся тепловая энергия, выделяющаяся при использовании топлива (как органического, так и ядерного), идет на пополнение теплового баланса планеты и, естественно, баланса того локального района, в котором размещается электростанция. При сжигании органического топлива в окружающую среду дополнительно поступает та тепловая энергия, которая была накоплена в нем за миллионы лег существования Земли. Дополнительное поступление теплоты в окружающую среду связано в первую очередь с несовершенством процесса преобразования тепловой энергии в электрическую (КПД преобразования для обычных ТЭС находится на уровне 35 %, а для АЭС 30 %). Имеют место тепловые потери в электрических сетях (8-10 %), потери в процессе преобразования электроэнергии в энергию механическую, тепловую и т. д.
Сравнивая воздействие различных источников электроэнергии на окружающую среду, необходимо принимать во внимание только тот прирост теплоты в общем тепловом балансе Земли или района, который связан с различными условиями использования первичных энергоресурсов.
В этом отношении наиболее чистыми источниками являются гидроэлектростанции, которые практически не влияют на тепловой баланс Земли. Они, по существу, позволяют полезно использовать только ту возобновляемую часть солнечной энергии, которая постоянно поступает на Землю и формирует ее естественный тепловой баланс.
При создании гидроэлектростанций значительная часть потенциальной энергии водотока превращается в электрическую энергию, которая полезно расходуется в народном хозяйстве. Коэффициент полезного действия ГЭС высок и находится на уровне 90-95 %.
Тепловая электростанция для производства такого же количества электроэнергии нуждается в использовании невозобновляемой энергии, накопленной в топливе, которая в меру своих масштабов нарушает тепловой баланс планеты.
Тепловой баланс АЭС складывается еще хуже. Полезно используемая энергия современных АЭС составляет только 1/3 энергии, выделяемой в результате ядерных реакций. Энергетический блок АЭС мощностью 1 млн. кВт имеет тепловую мощность 3 млн. кВт. Соответственно при развитии АЭС возрастают размеры поступления теплоты в баланс Земли и концентрированно в тепловой баланс района размещения АЭС.
Огромное количество сбросной тепловой энергии ТЭС и АЭС является потенциальным ресурсом для его полезного использования.
Надежные способы оценки реального вклада выбросов теплоты ТЭС и АЭС в глобальное потепление климата на Земле в настоящее время отсутствуют. Поэтому при сопоставлении вариантов развития электроэнергетики вклад электростанций в нарушение теплового баланса Земли можно учитывать только качественно, имея в виду, что практически чистыми в этом отношении являются только гидроэлектростанции, а из ТЭС и АЭС предпочтение по этому показателю должно отдаваться ТЭС на органических видах топлива.
Наименьшее количество воздействий среди традиционных источников электроэнергии оказывают гидроэлектростанции. Это дает основание считать их наиболее экологически чистыми источниками электроэнергии из числа традиционных. При этом ряд сред (воздух, земля) вообще не загрязняется при работе гидроэлектростанций.
Большое преимущество ГЭС заключается также в том, что их воздействие ограничивается локальными зонами водохранилищ и что они используют только возобновляемую энергию водотока, не нуждаются в топливных базах и транспортировании топлива и не расходуют невозобновляемых полезных ископаемых.
Среди неблагоприятных воздействий ГЭС главным является затопление обширных территорий, которое и определяет экологическое лицо ГЭС.
Число отрицательных воздействий на окружающую среду нетрадиционных источников электроэнергии, как правило, невелико, за исключением геотермальных электростанций.
Увеличение мощности и выработки электроэнергии, необходимое для обеспечения прироста потребительского спроса на электроэнергию, создает предпосылки для усиления отрицательного воздействия электроэнергетики на окружающую среду. Дополнительные воздействия могут выражаться в изъятии земельных и водных ресурсов, загрязнении земель, вод и атмосферного воздуха.
В связи с этим одной из важнейших проблем экологической оптимизации развития электроэнергетики является всемерное сокращение этих воздействий с использованием различных природоохранных мероприятий.
Среди природоохранных мероприятий в электроэнергетике могут быть выделены две принципиально различные группы.
К первой из них относятся технические мероприятия, осуществляемые на объектах электроэнергетики и способствующие сокращению на них вредных выбросов и сбросов, снижению концентрации вредных веществ, а также ресурсосбережение, утилизация отходов производства и т. д.
Ко второй группе природоохранных мероприятий могут быть отнесены такие, которые обеспечивают снижение отрицательного воздействия на окружающую среду за счет оптимизации топливно-энергетического баланса электроэнергетики, оптимизации структуры и размещения электростанций.
Возможности первой группы природоохранных мероприятий определяются техническим прогрессом в энергомашиностроении, качеством разработки проектных решений по объектам электроэнергетики, полнотой учета при проектировании требований охраны окружающей среды, экономической и социальной приемлемостью предлагаемых решений.
Мероприятия второй группы исследуются и применяются с учетом того, что на объектах в полной мере реализуются мероприятия первой группы, т.е. мероприятия второй группы не заменяют, а дополняют комплекс мероприятий первой группы. Возможности второй группы природоохранных мероприятий в структурной оптимизации определяются качественными и количественными характеристиками топливно-энергетических ресурсов рассматриваемого региона, набором альтернативных источников, которые могут быть использованы для покрытия прироста электропотребления (ГЭС, АЭС, ГРЭС и т. д.), их размещением, экологическими и экономическими характеристиками.
На условия оптимизации развития и размещения объектов электроэнергетики существенное влияние может оказать состояние окружающей среды в районе, включая наличие земельных и водных ресурсов, уровень фонового загрязнения окружающей среды. Очевидно, что в случае повышенного уровня загрязненности окружающей среды могут возникнуть условия, при которых размещение здесь электростанции без нарушения санитарных норм окажется невозможным даже при использовании всех доступных мероприятий первой группы. В этом случае радикальным средством охраны природы в данном районе может быть вынос электростанции в другой, более благоприятный в экологическом отношении район, либо изменение вида топлива или типа электростанции. Важно при этом подчеркнуть, что в любых вариантах развития и размещения электростанций, при любом наборе объектных природоохранных мероприятий обязательным является обеспечение норм охраны природной среды и безопасности человека.
Из изложенного следует, что реализация системных мероприятий в значительной мере зависит от специфических особенностей рассматриваемого региона, которые в каждом отдельном случае должны изучаться индивидуально.
ЛЕКЦИЯ. Тема: Экологические проблемы энергетики
1. Источники энергии.
2. Экологические проблемы традиционной энергетики.
3. Альтернативные источники энергии.
4. Энергосбережение.
Источники энергии
Основой развития цивилизации является энергетика. От ее состояния зависят темпы научно-технического прогресса, интенсификации производства и жизненный уровень людей.
Источники энергии, используемые для производства энергии, разделяют на возобновляемые и не возобновляемые .
К не возобновляемым источникам энергии относят ископаемое топливо: уголь, нефть, газ, торф, горючие сланцы и ядерную энергию деления урана и тория.
Возобновляемые источники энергии: энергия солнца, ветра, геотермальная энергия, гидроэнергия рек, разные виды океанической энергии (морских волн, приливов и отливов, разницы температур воды и др.).
Возобновляемые источники неисчерпаемы и их использование не нарушает тепловой баланс Земли.
Использование не возобновляемых источников энергии приводит к повышению температуры на Земле, истощению этих ресурсов, загрязнению окружающей среды.
Экологические проблемы традиционной энергетики
Основным способом получения энергии на сегодня является сжигание угля, нефти (мазута), природного газа, горючих сланцев на тепловых станциях (ТЭС) . Примерно 70% электроэнергии вырабатывается на ТЭС. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) кроме электрической электроэнергии вырабатывают тепловую энергию в виде подогретой воды и пара.
В мировом масштабе гидравлические станции (ГЭС) обеспечивают получение около 7% электроэнергии.
Атомные электростанции (АЭС) вырабатывают около 20% электроэнергии, причем в ряде стран она является преобладающей (Франция ~ 74%, Бельгия ~ 61%, Швеция ~ 45%).
Воздействие тепловой энергетики на окружающую среду
Влияние тепловой энергетики на окружающую среду зависит от вида используемого топлива. Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следуют нефть (мазут), каменный уголь, бурый уголь, сланцы.
В результате работы ТЭС в связи с недостаточной очисткой топочных газов и сжиганием низкосортного топлива, в атмосферу поступают различные газообразные загрязнители : основные из них: угарный газ (СО), углекислый газ (СО 2) , оксиды азота (NO, NO 2), углеводороды (C m H n). а также высокотоксичное вещество бензапирен. ТЭС, работающие на угле, являются также источником выбросов диоксида серы (SO 2). Поступление загрязнителей в атмосферу вызывает массу экологических проблем (парниковый эффект, смоги, кислотные дожди, нарушение озонового слоя и др.).
При сжигании угля образуются также зола и шлаки, для складирования, которых требуются огромные территории земель . Зола и шлак в некоторых случаях содержат в своем составе, кроме нетоксичных составляющих, тяжелые металлы, радиоактивные элементы , которые разносятся ветром и накапливаются на прилегающей территории.
Большие объемы воды расходуются на ТЭС на охлаждение агрегатов.
ТЭС является источником теплового загрязнения . Вода, используемая для охлаждения агрегатов, проходит охлаждение в градирнях, прудах–охладителях и зачастую недостаточно охлажденная, сбрасывается в водные объекты, обусловливая их тепловое загрязнение. Выбросы большого количества тепла и углекислого газа способствуют повышению температуры на Земле.
Значительные территории земель отводятся при добыче угля для складирования пустой породы. Отвалы пустых пород пылят, часто самовозгораются и являются источников выбросов в атмосферу продуктов их горения.
Воздействие ядерной энергетики на окружающую среду
Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная.
Первая АЭС была введена в эксплуатацию в Обнинске под Москвой в 1954 году. Мощность ее составляла 5000 квт. В середине 80-х годов в мире насчитывалось более 400 АЭС. Основными преимуществами атомной энергетики, по сравнению с тепловой, является меньший объем потребляемого топлива и отсутствие постоянных выбросов в атмосферу продуктов сгорания.
За 30 лет существования АЭС в мире произошло три больших аварии: в 1957 г. – в Великобритании; в 1979 г. в США и особенно в 1986 г. на Чернобыльской АЭС (крупнейшая катастрофа в мире).
Во время аварии в Чернобыле в атмосферу поступило около 450 типов радионуклидов. Наиболее распространенные радионуклиды: короткоживущие йод – 131 и долгоживущие – стронций-90, цезий-131, усваиваемые живыми организмами. Искусственный элемент плутоний, который образуется в реакторах АЭС, наиболее токсичное вещество, созданное человеком.
После Чернобыльской катастрофы главную опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий . Отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Бразилия, Швеция, Италия, Мексика.
Топливно-энергетический комплекс АЭС включает добычу урановой руды, выделение из нее урана (обогащение), производство ядерного топлива, производство энергии на АЭС, обработку, транспортировку и захоронение радиоактивных отходов.
Радиоактивные отходы образуются на всех стадиях топливно-энергетического цикла и требуют специальных методов обращения с ними. Наиболее опасным является отработанное в реакторе топливо. В процессе выгорания ядерного топлива выгорает лишь 0,5 – 1,5%, остальную массу составляют радиоактивные отходы. Часть их подвергается переработке, основная же масса – захоронению. Технология захоронения очень сложная и дорогостоящая.
АЭС является источником теплового загрязнения . На единицу выпускаемой продукции, на АЭС в атмосферу выбрасывается в 2 – 2,5 раза больше тепла, чем на ТЭС. Объем подогретых вод на АЭС также значительно больше.
Срок эксплуатации АЭС составляет около 30 лет. Значительные затраты требуются для вывода АЭС из эксплуатации . Основное решение этого вопроса заключается в устройстве саркофага над ними и дальнейшего обслуживания его в течение длительного времени.
Энергетика является важнейшей отраслью хозяйства, без которой невозможна деятельность человека вообще. Любое производство требует затрат , поэтому человек издавна озабочен поисками ее источников.
Главным источником энергии на Земле является . Но солнечную энергию трудно преобразовать в формы, удобные для использования, хотя электростанции (гелиостанции) существуют в некоторых странах с большим количеством солнечных дней в году. Такие станции действуют и в космосе; применяют солнечные батарейки и для работы счетных машин, однако доля использования в настоящее время мала, и стоит задача расширения использования этой энергии, так как она является неисчерпаемым природным ресурсом.
Солнечная энергия относится к нетрадиционным видам используемой энергии. К нетрадиционным относят также , гейзеров, морских и , приливно-отливную и геотермальную энергии. Эти виды энергии человечеству еще предстоит освоить, тем более что они являются неисчерпаемыми энергетическими ресурсами.
Человечество в своей деятельности использует тепловую и электрическую энергии, полученные или за счет сжигания разных видов топлива (теплоэлектроцентрали - ТЭЦ), или за счет использования энергии рек (гидроэлектростанции - ГЭС), или атомной энергии распада ядер тяжелых изотопов (атомные электростанции - АЭС).
Теплоэлектростанции (ТЭС) в качестве топлива применяют природный и попутный газ, продукты переработки (мазут и другое жидкое топливо), каменный и бурый угли, торф (твердое топливо).
При сгорании газа выделяется наименьшее количество вредных загрязнителей, поэтому газообразное топливо считается наиболее экологически чистым.
Сгорание жидкого и твердого видов топлива сопровождается образованием вредных газов (диоксида серы и оксидов азота), возможно образование пылевых аэрозолей, получается зола. ТЭС являются вторым после автотранспорта загрязнителем . Зола, получающаяся после сжигания жидкого и особенно твердого топлива, является многотоннажным отходом энергетики и требует обязательной утилизации.
АЭС с точки зрения загрязнения атмосферы являются более экологичными, чем ТЭС, но из-за возможности радиационного заражения среды - самый опасный в экологическом отношении вид производства.
Очень остро стоит вопрос с обезвреживанием отходов атомного топлива и эта проблема в настоящее время практически не решена, так как захоронение радиоактивных отходов в могильниках не является экологически грамотным способом их утилизации и обезвреживания отходов, поскольку их действие не уничтожается, а при нарушении могильника возможно заражение природной среды.
ГЭС практически не загрязняют среду обитания различными вредными отходами, но при их строительстве происходит сильное разрушение природных биогеоценозов, затопление больших территорий, изменение микроклимата региона, создаются препятствия для осуществления жизнедеятельности многих организмов (например, рыбы не могут достичь мест своего нереста, звери лишаются привычных мест обитания и т. д.). Экономические и социальные затраты на строительство ГЭС далеко не всегда оказываются оправданы.
Значительным экологическим загрязнением является поток электромагнитных излучений, возникающих при передаче электроэнергии на большие расстояния высоковольтными линиями электропередач. Эти излучения оказывают большое отрицательное влияние и на человека, и на животных.
Нормальное функционирование ТЭС, АЭС, ГЭС связано с использованием транспортных средств, поэтому природная среда загрязняется и за счет работы этих средств. Велико тепловое загрязнение различными предприятиями энергетики. Вносят свой вклад эти предприятия и в шумовые, и в вибрационные загрязнения.
Краткое рассмотрение влияния энергетики на окружающую природную среду показывает, что и для этой отрасли важна природоохранная деятельность.
Обзор природоохранных мероприятий в энергетике
Целый ряд процессов, применяемых в энергетике, на современном этапе не может быть рационально реализован с точки зрения правильных экологических решений. Так, строительство ГЭС всегда будет сопровождаться отторжением территорий, их затоплением, гибелью биогеоценозов. Но при этом есть возможность четкого учета всех мероприятий по более тщательной подготовке затопляемых территорий и оптимальному использованию ресурсов этих территорий.
Как и в других отраслях промышленности, важным является комплексное использование сырья и отходов. Так, твердые отходы (золы) ТЭС находят применение в строительстве и сельском хозяйстве. Важна задача полного улавливания отходящих газов ТЭС с целью утилизации оксидов азота и серы для получения из них соединений серы и азота для дальнейшего их применения в других отраслях хозяйства.
Важнейшими природоохранными действиями в области энергетики является освоение других видов энергии, являющихся нетрадиционными и более безопасными с экологической точки зрения. Ярким примером такого освоения источников энергии является энергетика Исландии, основанная на применении тепловой энергии горячей воды гейзеров. Перспективным является способ добычи тепловой энергии за счет бурения скважин и вывода на поверхность горячих вод с больших глубин . Но в настоящее время это экономически недостижимо из-за сложностей технических решений.
На заре цивилизации широко использовалась энергия ветра, но в связи с развитием энергетики за счет сжигания топлива эта отрасль утратила свое значение, но теперь ее возрождают вновь из-за усложнения экологической обстановки на Планете.
К сожалению, не покат решения проблемы уменьшения загрязнений среды электромагнитными излучениями - увеличение расстояния нахождения человека от линий электропередач не снижает отрицательного воздействия ЛЭП. Необходимо искать пути переноса электроэнергии другими способами либо обеспечивать энергией тот или иной объект локализованными методами.
Важным (опосредованным) природоохранным мероприятием является оптимизация расхода электрической и тепловой энергии. Человек часто «греет улицу». Необходимо совершенствовать теплоизоляцию, что приведет к экономии энергии, а вместе с этим уменьшит необходимость выработки энергии, что в свою очередь будет способствовать улучшению экологической ситуации.
Экологические аспекты, в частности влияние электроустановок на окружающую среду – один из важнейших вопросов в энергетике. Любая электроустановка в той или иной мере оказывает негативное влияние на окружающую среду, в том числе и на живых существ – от насекомых до человека. Рассмотрим, какие негативные последствия оказывают электроустановки окружающей среде и основные меры, которые принимаются для исключения их негативного влияния.
Энергетика входит как подсистема в глобальную систему жизнедеятельности страны. Развитие и жизнь общества в настоящее время невозможны без энергетики, которая определяет прогресс всего народного хозяйства. Однако при рассмотрении достоинств энергетики необходимо учитывать также отрицательное влияние энергетики на окружающую среду. Все проявления вредного влияния, которое оказывается на окружающую среду различными электротехническими объектами, можно разделить на группы:
1. Загрязнение воздуха, воды и почвы отходами при сжигании топлива на ТЭС электростанциях в виде газов, золы, серы и др., выбрасываемых в воздух, почву и воду и от захоронения использованных радиоактивных веществ на АЭС. Для уменьшения этого следует применять лучшее топливо и специальные очистные сооружения (электрофильтры и др.).
2. Выделение неиспользованной энергии в окружающую среду в виде теплоты отходящих газов и нагрев охлаждающей воды.
3. Влияние электромагнитного поля на живые организмы.
4. Увеличение шума.
5. Изъятие из пользования земли и воды.
6. Эстетическое воздействие линий.
Одним из наиболее важных экологических аспектов является защита человека от факторов негативного влияния электроустановок. В первую очередь – это негативное влияние электромагнитных полей на организм человека .
В данном случае основной мерой, направленной на предотвращение негативного , является сокращение времени нахождения человека в зоне влияния электрического поля. В электроустановках напряжением 110 кВ и выше, где напряженность электрического поля превышает установленные нормы, используют специальные защитные экранирующие комплекты.
Кроме того, существенное влияние на организм человека оказывает электромагнитное поле высоковольтных воздушных линий электропередач. Поэтому запрещается строительство жилых домов и других зданий и сооружений в пределах охранной зоны линий электропередач. Также рекомендуется исключить или свести к минимуму время пребывания человека в непосредственной близости к высоковольтным линиям.
Еще один фактор негативного влияния электроустановок на организм человека – поражение электрическим током, а также термическое действие электрической дуги . Безопасность человека в отношении поражения электрическим током в электроустановках – это основная задача. В данном случае основными мерами, направленными на предотвращение возникновения несчастных случаев в электроустановках, являются:
Соблюдение правил техники безопасности и нормативных актов по охране труда;
Применение необходимых средств защиты;
Своевременное обнаружение, устранение неисправностей и других отклонений от нормального режима работы оборудования;
Совершенствование рабочих мест;
Улучшение условий труда.
Следует также отметить воздействие вредных веществ на человека. Например, в электрических распределительных устройствах, оборудованными , есть вероятность отравления элегазом по причине его утечки из поврежденного выключателя.
Еще один пример – кислотная аккумуляторная батарея. В данном случае особую опасность несет в себе серная кислота, которая может попасть на кожу человека или в дыхательные пути.
Следующий экологический аспект – гибель птиц на линиях электропередач и в открытых распределительных устройствах подстанций
. Каждый год очень большое количество птиц гибнет в результате поражения электрическим током. Для предотвращения гибели птиц на линиях электропередач на опорах устанавливают специальные устройства, которые препятствуют посадке на них птиц.
На открытых распределительных устройствах подстанций особую опасность для птиц представляют высоковольтные выводы силовых трансформаторов, линейные вводы в закрытые распределительные устройства и другие элементы оборудования. В данном случае, для предотвращения гибели птиц устанавливаются сетчатые ограждения, кожухи на элементы оборудования, где наиболее часто происходит гибель птиц.
В процессе возможно загрязнение окружающей среды вредными веществами . Это может быть: электролит, трансформаторное масло и другие нефтепродукты, бытовые отходы и другие вредные вещества.
Для предотвращения загрязнения окружающей среды необходимо строго соблюдать нормативные документы и инструкции по эксплуатации оборудования, правила обращения с вредными веществами и др., хранить отходы и вредные вещества в специально отведенных для этого местах.
Электромагнитные поля электроустановок оказывают некоторое влияние на насекомых и растения. В зоне влияния электрического поля у насекомых и бабочек появляются нехарактерные признаки поведения, у пчел значительно снижается продуктивность, а также появляется вероятность потери маток.
Растения, которые растут вдоль линий электропередач, а также на территории электроустановок могут наблюдаться аномалии развития: появление лишних лепестков, изменение размеров цветений, стеблей, листьев.