Тепловое воздействие энергетики на экологию

13

Содержание

Введение

1. Выделение теплоты энергетическими объектами в окружающую среду

2. Современные представления о тепловых режимах компонент окружающей среды

3. Распространение тепловых выбросов в окружающей среде

Заключение

Список используемых источников

Введение

Актуальность. В связи с серьезным обострением ситуации в энергетической отрасли необходимость в изучении экономико-технических показателей основных производителей электроэнергии в регионе является одной из важнейших экологических проблем в наши дни.

Тепловые электростанции вырабатывают электрическую и тепловую энергию для нужд народного хозяйства страны и коммунально-бытового обслуживания. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектрические станции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. К ТЭС относятся конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В состав государственных районных электростанций (ГРЭС), обслуживающих крупные промышленные и жилые районы, как правило, входят конденсационные электростанции, использующие органическое топливо и не вырабатывающие тепловой энергии наряду с электрической. ТЭЦ работают также на органическом топливе, но в отличие от КЭС наряду с электроэнергией производят горячую воду и пар для нужд теплофикации.

Одной из основных характеристик электростанций является установленная мощность, равная сумме номинальных мощностей электрогенераторов и теплофикационного оборудования. Номинальная мощность - это наибольшая мощность, при которой оборудование может работать длительное время в соответствии с техническими условиями.

Энергетические объекты входят в состав сложной многокомпонентной топливно-энергетической системы, состоящей из предприятий топливодобывающей, топливоперерабатывающей промышленности, транспортных средств доставки топлива от места добычи потребителям, предприятий переработки топлива в удобный для использования вид и систем распределения энергии между потребителями. Развитие топливно-энергетической системы оказывает решающее влияние на уровень энерговооруженности всех отраслей промышленности и сельского хозяйства, рост производительности труда.

Особенностью энергетических объектов, с точки зрения их взаимодействия с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой, является наличие тепловых выбросов. Выделение теплоты происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического топлива для выработки электроэнергии, а также при непосредственном использовании тепловой энергии.

Цель данной работы - рассмотреть тепловое воздействие энергетических объектов на окружающую среду.

1. Выделение теплоты энергетическими объектами в окружающую среду

Тепловое загрязнение - тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня. Основные источники теплового загрязнения - выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха, сброс в водоемы нагретых сточных вод.

Энергетические объекты эксплуатируются при повышенных температурах. Интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, к их термическому повреждению. Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а так же вследствие неоднородного распределения температур по поверхности конструкции. При сжигании любого органического топлива образуется диоксид углерода -- СО2, являющийся конечным продуктом реакции горения. Хотя диоксид углерода не токсичен в обычном понимании этого слова, однако его массивный выброс в атмосферу (только за сутки работы в номинальном режиме ТЭС на угле мощностью 2400 МВт выбрасывает в атмосферу около 22 тыс. тонн СО2) приводит к изменению ее состава. При этом снижается количество кислорода и изменяются условия теплового баланса Земли за счет изменения спектральных характеристик радиационного теплопереноса в приземном слое. Это способствует проявлению парникового эффекта.

Кроме того, горение -- процесс экзотермический, при котором связанная химическая энергия переходит в тепловую. Таким образом, основанная на этом процессе энергетика неизбежно приводит к «тепловому» загрязнению атмосферы, также изменяя тепловой баланс планеты.

Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоёмов, вызывающее многообразные нарушения их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром, а отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от электростанций в водоёмы непрерывно поступает поток воды с температурой на 8-120C превышающей температуру воды в водоёме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 мі/с нагретой воды. По подсчётам немецких и швейцарских учёных, возможности многих крупных рек в Европе по нагреву сбросной теплотой электростанций уже исчерпаны. Нагрев воды в любом месте реки не должен превышать больше чем на 30C максимальную температуру воды реки, которая принята равной 280C. Из этих условий мощность электростанций сооружаемых на крупных реках ограничивается значением 35000 МВт. О количестве тепла, отводимого с охлаждающей водой отдельных электростанций можно судить по установленным энергетическим мощностям. Средний расход охлаждающейся воды и количество отводимого тепла, приходящегося на 1000 МВт мощности, составляют для ТЭС соответственно 30 м3/с и 4500 ГДж/ч, а для АЭС с турбинами насыщенного пара среднего давления - 50 м3/с и 7300 ГДж/ч.

В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает. Прямоточная система водоснабжения с использованием воды рек уже не может обеспечить необходимого для ТЭС и АЭС количества охлаждающей воды. Кроме того при прямоточном водоснабжении создается опасность неблагоприятного теплового воздействия «тепловое загрязнение» и нарушения экологического равновесия естественных водоемов. Для предотвращения этого в большинстве промышленно развитых странах применяются меры для использования замкнутых систем охлаждения. При прямоточном водоснабжении градирни применяются частично, для охлаждения циркуляционной воды в жаркое время.

2. Современные представления о тепловых режимах компонент окружающей среды

В последние годы все больше говорят и пишут о климате. Из-за высокой плотности населения, создавшейся в некоторых районах Земли, и особенно из- за тесных экономических взаимосвязей между районами и странами, необычные погодные явления, не выходящие, впрочем, за рамки нормального диапазона колебаний погоды, показали, насколько чувствительно человечество ко всяким отклонениям тепловых режимов от средних значений.

Климатические тенденции, наблюдавшиеся в первой половине ХХ века, приобрели новое направление, особенно в районах Атлантики, граничащих с Арктикой. Здесь стало увеличиваться количество льда. В последние годы наблюдались и катастрофические засухи.

Неясно, в какой мере связаны между собой эти явления. Во всяком случае, они говорят о том, как сильно могут изменяться температурные режимы, погода и климат на протяжении месяцев, лет и десятилетий. По сравнению с прежними веками уязвимость человечества к таким колебаниям возросла, так как ресурсы пищи и воды ограниченны, а население мира все растет, развивается также индустриализация и энергетика.

Изменяя свойства земной поверхности и состав атмосферы, выделяя в атмосферу и гидросферу тепло в результате роста промышленности и хозяйственной деятельности, человек все больше влияет на тепловой режим окружающей среды, что, в свою очередь способствует изменению климата.

Вмешательство человека в природные процессы достигло такого размаха, что, результат человеческой деятельности оказывается чрезвычайно опасным не только для тех районов, где она проводится, но и для климата Земли.

Промышленные предприятия, сбрасывающие тепловые отходы в воздух или водоемы, выбрасывающие в атмосферу жидкие, газообразные или твердые (пылевые) загрязнения, могут изменять местный климат. Если загрязнения воздуха будут продолжать расти, они начнут сказываться и на глобальном климате.

Наземный, водный и воздушный транспорт, выбрасывая выхлопные газы, пыль и тепловые отходы, также может влиять на местный климат. Сказывается на климате и сплошная застройка, ослабляющая или прекращающая циркуляцию воздуха, и отток местных скоплений холодного воздуха. Загрязнение моря, например, нефтью влияет на климат обширных пространств Принимаемые человеком меры по изменению облика земной поверхности в зависимости от их масштабов и от того, в какой климатической зоне они проводятся, не только приводят к местным или региональным изменениям, но и затрагивают тепловые режимы целых материков. К таким изменениям относятся, например, изменения погодных условий, землепользования, уничтожение или, наоборот, насаждение лесов, обводнение или осушение, распашка целины, создание новых водоемов - все то, что изменяет тепловой баланс, водное хозяйство и распределение ветров на обширных пространствах.

Интенсивное изменение температурного режима окружающей среды привело к обеднению их флоры и фауны, заметному сокращению численности многих популяций. Жизнь животных тесно связана с климатическими условиями в зоне их обитания, следовательно, изменение температурного режима неизбежно ведет к изменению растительного и животного мира.

Изменение теплового режима в результате деятельности человека особенно сильно сказывается на животных, вызывая увеличение численности одних, сокращение - других, вымирание - третьих. Изменение климатических условий относиться к косвенным видам воздействия - изменениям условий жизни. Таким образом, можно отметить, что тепловое загрязнение окружающей среды со временем может привести к необратимым последствиям в вопросах температурных изменений и составе флоры и фауны.

3. Распространение тепловых выбросов в окружающей среде

За счет большого количества сжигаемого органического топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа. Если бы он весь оставался там, то количество его нарастало бы достаточно быстро. Однако, существует мнение, что в действительности углекислый газ растворяется в воде Мирового океана и тем самым выводится из атмосферы. В океане содержится громадное количество этого газа, но 90 процентов его находится в глубинных слоях, которые практически не взаимодействуют с атмосферой, и только 10 процентов в близких к поверхности слоях активно участвуют в газовом обмене. Интенсивность этого обмена, от которого в конечном итоге зависит содержание углекислого газа в атмосфере, сегодня до конца не выяснена, что не позволяет делать надежных прогнозов. По поводу допустимого увеличения газа в атмосфере у ученых сегодня тоже нет единого мнения. Во всяком случае, следует учитывать и факторы, влияющие на климат в противоположном направлении. Как, например, растущую запыленность атмосферы, которая как раз понижает температуру Земли.

Кроме тепловых и газовых выбросов в атмосферу Земли, тепловое воздействие энергетические предприятия оказывают в большей степени на водные ресурсы.

Особую группу вод, используемых ТЭС, составляют охлаждающие воды, забираемые из водоемов на охлаждение поверхностных теплообменных аппаратов - конденсаторов паровых турбин, водо-, масло-, газо- и воздухоохладителей. Эти воды вносят в водоем большое количество тепла. Из конденсаторов турбин отводится приблизительно до двух третей всего количества тепла, получаемого при сгорании топлива, что намного превосходит сумму тепла, отводимого от других охлаждаемых теплообменников. Поэтому «тепловые загрязнения» водоемов сбросными водами ТЭС и АЭС связывают обычно с охлаждением конденсаторов. Горячая вода охлаждается в градирнях. Затем подогретая вода возвращается в водную среду. В результате сброса подогретых вод в водные объекты происходят неблагоприятные процессы, приводящие эвтрофикации водоема, снижению концентрации растворенного кислорода, бурное развитие водорослей, сокращения видового разнообразия водной фауны. В качестве примера подобного воздействия ТЭС на водную среду можно привести такое: Допустимые по нормативным документам пределы подогрева воды природных водоемов составляет: на 30 С летом а на 50 С зимой.

Необходимо также сказать о том, что тепловое загрязнение приводит также к изменению микроклимата. Так, вода, испаряющаяся из градирен, резко повышает влажность окружающего воздуха, что в свою очередь приводит к образованию туманов, облаков и др.

Основные потребители технической воды потребляют около 75 общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения. При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300 МВт образуется до 1000 м3 разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

В последние годы новые технологи, применяемые при оборотном водоснабжении, позволяют в 40 раз снизить потребность станции в пресной воде. Что, в свою очередь, ведет к сокращению сброса технической воды в водоемы. Но при этом тоже существуют определенные минусы: в результате упаривания поступающих на подпитку вод их солесодержание увеличивается. По соображениям предупреждения коррозии, накипеобразования и биологической защиты в эти воды вводятся не свойственные природе вещества. В процессе сброса воды и атмосферных выбросов происходит поступление солей в атмосферу и в поверхостные воды. В атмосферу соли попадают в составе гидроаэрозолей капельного уноса, создавая специфический вид загрязнения. увлажнении окружающей территории и сооружений, вызывающем обледенение дорог, коррозию металлоконструкций, образование на элементах ОРУ токопроводящих увлажненных пленок пыли. Кроме того в результате капельного уноса увеличивается подпитка циркуляционной воды, что влечет за собой увеличение затрат на собственные нужды станции.

Форма загрязнения окружающей среды, связанная с изменением ее температуры, происходящая в результате промышленных выбросов нагретого воздуха, отходящих газов и вод в последнее время привлекает все больше внимания со стороны экологов. Хорошо известно образование, так называемого "острова" тепла, возникающего над крупными промышленными районами. В больших городах среднегодовая температура на 1-2 0С выше, чем в окрестностях. В образовании острова тепла играют роль не только выбросы антропогенного тепла, но и изменение длинноволновой составляющей радиационного баланса атмосферы. В целом над этими территориями возрастает нестационарность атмосферных процессов. В случае чрезмерного развития этого явления возможно существенное воздействие на глобальный климат.

Изменение теплового режима водных объектов при сбросе тёплых промышленных стоков может повлиять на жизнь гидробионтов (живые существа, обитающие в воде). Известны случаи, когда сброс теплых вод создавал тепловой барьер для рыб на их пути к нерестилищам.

Заключение

Таким образом, отрицательное влияние теплового воздействия энергетических предприятий на окружающую среду выражается в, первую очередь, в гидросфере - во время сброса отработанной воды и в атмосфере - путем выбросов углекислого газа, который способствует проявлению парникового эффекта. При этом не остается в стороне и литосфера - соли и металлы, содержащиеся в отработанной воде, попадают в почву, растворяются в ней, чем вызывают изменение ее химического состава. Кроме того, тепловое воздействие на окружающую среду приводит к изменению температурного режима в районе энергетических предприятий, что, в свою очередь, может привести к оледенению дорог и почвы в зимний период.

Последствия негативного влияния выбросов энергетических объектов на окружающую среду уже сегодня ощущаются во многих регионах планеты, в том числе и в Казахстане, а в будущем грозят глобальной экологической катастрофой. В связи с этим, разработка мер по снижению тепловых загрязняющих выбросов и их практическая реализация весьма актуальны, хотя зачастую требует значительных капитальных вложений. Последнее и является основным тормозом широкого внедрения в практику. Хотя принципиально многие вопросы решены, но это не исключает возможности дальнейшего их усовершенствования. При этом следует учитывать, что снижение тепловых выбросов, как правило, влечет за собой повышение коэффициента полезного действия энергетической установки.

Тепловое загрязнение может привести к печальным последствиям. По прогнозам Н.М. Сваткова изменение характеристик окружающей среды (повышение температуры воздуха и изменение уровня мирового океана) в ближайшие 100-200 лет может вызвать качественную перестройку окружающей среды (стаивание ледников, подъём уровня мирового океана на 65 метров и затопление обширных участков суши).

Список используемых источников

1. Скалкин Ф.В. и др. Энергетика и окружающая среда. - Л.: Энергоиздат, 1981

2. Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. - М.: Высш. шк., 1987

3. Стадницкий Г.В. Экология: учебник для ВУЗов. - СПб: Химиздат, 2001

4. С.И.Розанов. Общая экология. СПб.: Издательство «Лань», 2003

5. Алисов Н.В., Хорев Б.С. Экономическая и социальная география мира. М.:

6. Гардарики, 2001

7. Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 1988

8. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995

9. Общая биология. Справочные материалы, Составитель В.В.Захаров, М., Издательский дом «Дрофа», 1995