Энергетика

При генерации энергии проблемными задачами являются:

• снижение образования загрязнений в источнике (рециркуляция газов, снижение коэффициента избытка воздуха, двухстадийное горение, совершенствование воздухоподачи, горелочных устройств, использование гидротоплива, снижение дисбаланса роторов, совершенствование проточных частей турбомашин);

• снижение загрязнений на пути их распространения (совершенствование золоуловителей, способов сероочистки, азотоочистки, каталитической очистки, способов очистки или утилизации нефтесодержащих вод, создание эффективных амортизаторов, шумоглушителей и экранов).

Гидроэнергетика требует создания крупных водохранилищ — затопления больших площадей плодородных земель по берегам рек. Вода в них застаивается и теряет свое качество, что в свою очередь обостряет проблемы водоснабжения, рыбного хозяйства и индустрии досуга.

Тепловые электростанции (ТЭС) в наибольшей степени способствуют разрушению биосферы и природной среды Земли. Для добычи угля из сельского хозяйства и других сфер изымают огромные земельные площади. В местах открытой добычи угля образуются «лунные ландшафты». А повышенное содержание золы в топливе является основной причиной выброса в воздух десятков миллионов тонн диоксида серы (глобальный выброс ТЭС за год — до 250 млн т золы и около 60 млн т диоксида серы). Для энергетических предприятий проблемы сокращения выбросов вредных веществ имеют приоритет.

Предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) оказывают значительное воздействие и на водные объекты, в основном в форме теплового загрязнения, которое приводит к целому комплексу как прямых, так и косвенных отрицательных последствий (в 5 — 6 раз увеличивается испарение воды и в результате значительно повышается минерализация вод, нарушается карбонатно-кальциевое равновесие, в подогретых водах снижается растворимость кислорода).

Повышение температуры воды вызывает дополнительное испарение воды. При производстве 1 кВт • ч электроэнергии на ТЭС тепловые отходы в атмосферу и воду составляют соответственно 400 и 135 ккал, на атомных электростанциях (АЭС) — 130 и 1 900 ккал. Средняя АЭС производительностью 3 000 МВт электроэнергии за I ч выделяет более 5 млрд ккал бросового тепла. Охлаждающая способность поверхности воды варьирует в зависимости от ветра и температуры от 7 до 36 ккал в час на 1 м2 на каждый градус разницы между температурой воды и воздуха. Следовательно, для рассеивания тепла станции мощностью 3 000 МВт требуется 1 800 га водной поверхности. Разность температур забираемой и сбрасываемой воды летом составляет 5 — 7 градусов, зимой — 12—14 градусов. При умеренном подогреве в сочетании с повышенным поступлением солей, наличием мелководий, биогенным загрязнением биологическая продуктивность водоема-охладителя резко возрастает. На мелководьях быстро разрастаются макрофиты, в фитопланктоне развиваются теплолюбивые виды, обычно это сине-зеленые водоросли.

Чрезмерное развитие фитопланктона ухудшает качество воды вследствие наличия в ней большого количества разнообразных органических соединений, многие из которых вредны для человека, животных и рыб.

Крупные планктонные водоросли, кроме того, вызывают механическое засорение жабер рыб и двигательного аппарата зоопланктона. При отмирании водорослей в водоеме скапливаются большие массы разлагающегося органического вещества, увеличивается биохимическое потребление кислорода, снижается концентрация кислорода в воде, что в значительной мере ухудшает условия жизни гидробионтов и в ряде случаев ведет к заморам рыб и гибели части зоопланктона.

Для водоемов-охладителей ограничения на температуру воды действуют круглогодично и распространяются на всю акваторию за исключением 500-метровой зоны в месте сброса теплых вод.

Основные последствия теплового загрязнения водного объекта сводятся к следующим моментам: усиливается восприимчивость организмов к токсическим веществам; происходит смена обычной водной флоры сине-зелеными водорослями, продукты отмирания которых являются токсичными; уменьшается содержание растворенного кислорода и одновременно увеличивается потребность кислорода для дыхания организмов и деструкции органических веществ; изменяется солевой состав; происходит замена видового состава фито- и зоопланктона на толерантный к высокой температуре; на уровне сообществ изменяются функциональные характеристики, основанные на отношении продукции к деструкции.

В 1965 г. в Чите была введена в действие крупная тепловая электростанция. При этом в качестве водоема-охладителя в технологическую схему станции был включен естественный городской водоем — озеро Кенон. Ввод в действие ТЭС повлек за собой значительные изменения водного и теплового баланса, изменился класс вод с гидрокарбонатного на сульфатный. Под влиянием сбросов ТЭС содержание сульфатов постоянно увеличивалось и в настоящее время превышает ПДК в 2,4 раза. Также превышает допустимый уровень содержание фенолов, фторидов, меди и нефтепродуктов. Существует угроза загрязнения подземных водоносных горизонтов, которые являются источником питьевого водоснабжения.

Поскольку ТЭС играет решающую роль в балансе энергосистемы города и области, то приостановление ее деятельности или ликвидация невозможны. Основная идея, положенная в основу мероприятий по стабилизации и восстановлению озера, — разделение водоема на две части: техногенную, выделенную в обособленное пользование ТЭС, и коммунально-бытовую с перетоком воды только из второй части в первую.

При использовании водоема для охлаждения циркуляционной воды требуется соблюдение нескольких условий: должно обеспечиваться охлаждение воды до температуры, при которой возможно ее повторное использование; уровень воды должен поддерживаться выше минимально возможного. Исходя из максимально возможных температур сбросной и охлажденной воды, циркуляционного расхода и конструктивных особенностей водовыпуска подбором определяют площадь поверхности водоема.

Аналогичное решение использовано в г. Кировограде Свердловской области, где в техногенную часть водоема, примыкающую к обширному болотному массиву, осуществляется сброс коммунальных стоков.

Необходимость эколого-экономического регулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК обусловлена приоритетным положением проблемы сокращения выбросов вредных веществ в воздушный бассейн при производстве тепла и электроэнергии из органического топлива в процессе снижения общего уровня загрязнения атмосферы в промышленных регионах и больших городах.

Высокая токсичность, широкое распространение в атмосфере, относительно длительные сроки пребывания в ней — свойства, которые выделяют из состава отходов ТЭК оксиды серы, азота, углерода и золу, содержащую тяжелые металлы. Именно эти примеси имеют наибольшую долю в объеме валового выброса загрязняющих веществ предприятиями ТЭК в окружающую среду.

Для традиционной энергетики основной эколого-экономической проблемой является выбор топлива (мазут, уголь, природный газ, горючие сланцы, торф, древесина). Критерием выбора является максимальный эколого-экономический эффект, заключающийся в экономически обоснованном использовании топлива в технологическом процессе производства энергии с минимальным ущербом для окружающей природной среды. С этой целью в технико-экономическом обосновании проводится анализ технических характеристик топлива — зольности, сернистости, влажности и теплоты сгорания, а затем осуществляется выбор рациональных технологических элементов: на этапе топливоподготовки предусматривается обессеривание топлива, использование технологии гидротоплива, комбинирование топлива с коммунально-бытовыми отходами и отходами деревопереработки; на этапе сжигания топлива используется ввод рециркуляционных газов, снижение коэффициента избытка воздуха, двухстадийное сжигание топлива, использование паровых форсунок; на этапе пылегазоподавления проектируются электрофильтры, термическая нейтрализация.

Среди перспективных направлений снижения нагрузки на окружающую среду при получении тепловой и электрической энергии в котельных и теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) можно выделить как наиболее экологически и экономически эффективные — использование углеродсодержащих твердых промышленных отходов и производство топливных ресурсов на основе использования малоликвидных твердых горючих материалов и местных топливных ресурсов: брикетирование каменноугольной мелочи нетрадиционными способами с применением активных тонкодисперсных связующих материалов или без них; транспортирование и сжигание тонких классов угольных отходов в виде водоугольной суспензии; брикетирование мелочи низкосортных бурых углей без применения связующих материалов термическим способом (термобрикетирование); окускование древесных отходов тонких классов (брикеты, гранулы, пеллеты) для последующего слоевого сжигания в коммунально-бытовых топочных устройствах.

Предприятия ТЭК, работающие на твердом топливе, нуждаются в размещении золошлакоотвалов, что порождает самостоятельные экологические проблемы.

Характеристика золоотходов как источников минерального сырья дана во множестве публикаций. В последнее десятилетие наметилась тенденция перехода от массового использования неклассифицированных отходов к выделению из них отдельных товарных продуктов с уникальными технологическими свойствами. Как показали исследования, все эти продукты содержатся в значительных количествах в золошлаковых отвалах, откуда они могут быть добыты без значительных капитальных вложений. До сих пор их промышленное извлечение не налажено.

В России ограниченное применение находит только неклассифицированный зольный материал, который используется при изготовлении шлакоблоков. В целом проблема утилизации зольных отвалов особенно остро стоит в европейских странах, обладающих мощными энергоемкими производствами и не слишком обширными территориями и давно осознавшими пагубное влияние отвальных комплексов на естественные ландшафты (в России такими являются угледобывающие регионы: Челябинск, Сланцы, Кемерово, Иркутск и др.).

С середины XX в. известно, что золы могут быть с успехом применены не только для изготовления рядовых изделий, но и в производстве продукции высокой квалификации — прозрачных стеклокристаллических материалов, конструкционной керамики, золоситаллов с высокими прочностными характеристиками. В настоящее время в промышленно развитых странах налажено производство и потребление стеклянных микросфер.

Повышение энергосбережения и экологической безопасности энергетики необходимо рассматривать комплексно по всем трем составляющим ТЭК: добыча, обработка и транспортировка топлива; генерация энергии; транспортировка и потребление энергии.

Все упомянутые основные воздействия необходимо учитывать при разработке технико-экономического обоснования энергетических объектов. Одновременно следует помнить о достаточно широком наборе нетрадиционных источников энергии, что открывает целый ряд альтернатив. Например, использование тепла недр и создание циркуляционных геотермальных и ресурсоизвлекающих систем заменят в будущем добычу «твердой руды». Именно геотермальная энергия займет особое место при решении проблем экономии углеводородного топлива, экологического облагораживания теплоэнергетического комплекса и освоения экологически безопасных нетрадиционных источников энергии, не потребляющих кислород и не усугубляющих парниковый эффект.