Экологический статус теплоэнергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

теплоэнергетика экологический выброс атмосфера

Окружающая среда - основа жизни человека, а ископаемые ресурсы и вырабатываемая из них энергия являются основой современной цивилизации. Без энергетики у человечества нет будущего это очевидный факт.

Однако современная энергетика наносит ощутимый вред окружающей среде, ухудшая условия жизни людей. Основа современной энергетики - различные типы электростанций

На заре развития отечественной индустрии, 70 лет назад, основная ставка была сделана на крупные ТЭС. В то время о влиянии ТЭС на окружающую среду задумывались мало, так как первоочередной задачей было получение электроэнергии и тепла. Технология производства электрической энергии на ТЭС связана с большим количеством отходов, выбрасываемых в окружающую среду. Сегодня проблема влияния энергетики на природу становится особенно острой, так как загрязнение окружающей среды, атмосферы и гидросферы с каждым годом всё увеличивается. Если учесть, что масштабы энергопотребления постоянно увеличиваются, то и соответственно увеличивается отрицательное воздействие энергетики на природу. Если в период становления энергетики в нашей стране в первую очередь руководствовались целесообразностью с точки зрения экономических затрат, то сегодня всё чаще при возведении и эксплуатации объектов энергетики на первый план выдвигаются вопросы их влияния на экологию. Тепловые электростанции работают на относительно дешевом органическом топливе - угле и мазуте, это невосполнимые природные ресурсы.

1. Экологические проблемы теплоэнергетики

В настоящее время энергетические потребности человечества обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде теплоты и только часть ее превращается в электрическую энергию. За счет сжигания различных видов органического топлива в настоящее время в мире производится около 90% энергии. При этом структуры потребления этого топлива в промышленно развитых странах существенно отличаются друг от друга. Например, в США по данным на 1995 год нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%, а в получении электроэнергии - только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным источником получения электроэнергии (52%).

В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ, а на долю угля приходится только 18%. Атомная энергетика в мировом масштабе дает 17-18% электроэнергии, причем, в энергетических балансах ряда стран она является преобладающей (Франция -74%, Бельгия -61%, Швеция - 45%).

Сжигание топлива - не только основной процесс получения энергии, но и важнейший поставщик в окружающую среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Вместе с транспортом они поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (СО₂), около 50% двуокиси серы, 35% окислов азота.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы постепенно в незначительных количествах через воздух, воду, почву и другие звенья экосистемы.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей. Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следуют: мазут, каменные угли, бурые угли, сланцы и торф. Несмотря на то, что в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), в последнее время отмечается устойчивая тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия.

Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования каменного угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет. Возможная добыча углей с учетом разведанных и прогнозных запасов оценивается более чем в семь триллионов тонн. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей и продуктов их переработки в получении энергии. Угли содержат от двух десятых до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны.

Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Несмотря на то, что зола в основной массе улавливается различными фильтрами, ежегодно в атмосферу в виде выбросов ТЭС поступает около 250 млн. тонн мелкодисперсных аэрозолей, которые способны заметно изменить баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации паров воды и формирования осадков, вызывающих у человека заболевания органов дыхания. В выбросах ТЭС находится источник такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен, с действием которого связано увеличение онкологических заболеваний, а выбросы угольных ТЭС содержат также окислы кремния и алюминия, которые относятся к абразивным материалам и способны разрушать легочную ткань, вызывая при этом силикоз.

Большую проблему представляет складирование в близи ТЭС золы и шлаков,

для чего требуются значительные территории, которые в последствии долгое время не используются и являются очагами накопления тяжелых металлов с повышенной радиоактивностью. Необходимо отметить, что любая ТЭС - это существенный источник подогрева природной воды, которая используется в паросиловом цикле как охлаждающий агент. Подогретая вода нередко попадает в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные явления, такие как размножение водорослей, потерю кислорода, превращение типично водных экосистем в болотные и т.п.

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как беспроблемная и наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на окружающую среду. К её преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязанных к месторождению ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело надёжный выход из энергетического тупика. За двадцать лет с середины 60-х до середины 80-х годов мировая доля атомной энергетики возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста.

До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость ликвидационных работ составляет до 30% стоимости самих АЭС. При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны и в среднем они в 2-4 раза меньше, чем от тепловой электростанции одинаковой мощности.

До 1986 года 400 энергоблоков, производивших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. За это время не только в мире, но и в России, никакая другая отрасль производства не имела более низкого уровня производственного травматизма чем атомная энергетика, в которой при авариях по нерадиационным причинам погибло всего 17 человек. После 1986 года главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий, вероятность которых на современных АЭС невелика, но она не исключается.

В мае 1986 года на четвертом блоке Чернобыльской АЭС произошла крупная авария, в результате которой по различным данным суммарный выброс радиоактивных продуктов деления содержащихся в реакторе составил от 63 кг до 50 т. Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Японский город Хиросима, содержала только 740 г. радиоактивного вещества. В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, частично охватившая территории более двадцати государств. В пределах бывшего Советского Союза пострадало одиннадцать областей, где проживало 17 млн. человек, а общая площадь загрязненных территорий превышала 80 тыс. км². В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной 30-километровой зоны сразу после аварии. Масштаб катастрофы был такой, что её последствия будут сказываться на жизни нескольких поколений. В устранении последствий катастрофы участвовала вся великая страна. После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство атомных электростанций и одновременно были приняты меры по усилению защиты от аварий существующих и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознало, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов и примерно100 реакторов находится в стадии строительства.

В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива.

Атомный реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет около 60 тонн радиоактивных отходов, из которых только небольшая часть подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология захоронения довольно сложна и требует больших затрат. На первом этапе отработанное топливо перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается его радиоактивность и тепловыделение. Окончательное захоронение проводится в специальных шурфах на больших глубинах. Шурфы располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций. Другой неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение, так как на единицу полученной энергии здесь отводится в атмосферу в 2-2,5 раза больше теплоты чем на ТЭС. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 км³ подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км³. Следствием больших потерь тепла на АЭС является их более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с ТЭС.

Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи холодных и отвода подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га, а в том случае, если пруды заменяются градирнями, то они должны иметь огромные размеры: диаметр у основания 100 - 120 м и высота равная 40-этажному зданию.

Несмотря на изложенные экологические проблемы, в ближайшей перспективе тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в мировом энергетическом балансе. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на окружающую среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов.

В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота на специальных десульфационных установках. Наиболее полное улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами этого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия, используемый в химической промышленности. Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Большие возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в окружающую среду связаны с экономией электроэнергии за счёт использования энергосберегающих технологий. Например, в США на единицу получаемой продукции в 2001 году расходовалось в среднем в два раза меньше энергии, чем в России, а в Японии этот расход был меньше в три раза. Не менее эффективна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения долговечности.

Другим направлением экономии энергии является совершенствование изоляционных свойств промышленных и жилых зданий, а также замена ламп накаливания с КПД около 5% на флуоресцентные, как более экономичные. Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду, что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на атомных электростанциях - не менее 70%. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее электронагрева.

Одним из вариантов уменьшения вредного воздействия энергетики на окружающую среду являются небольшие локальные установки типа ТЭЦ располагающиеся непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума.

Современная атомная энергетика базируется на расщеплении ядер атомов на два более легких с выделением энергии пропорционально потере массы. Источником энергии и продуктами распада при этом являются радиоактивные элементы, с которыми связаны основные экологические проблемы ядерной энергетики.

Известно, что еще большее количество энергии выделяется в процессе ядерного синтеза, при котором два ядра сливаются в одно более тяжелое, но также с потерей массы и выделением энергии. Исходными элементами для ядерного синтеза является водород, конечным - гелий. Оба элемента не оказывают отрицательного влияния на среду и практически неисчерпаемы.

Научно-практическая задача состоит в том, чтобы ядерный синтез сделать более управляемым и создать новые сверхтермостойкие материалы для ядерного реактора. Несмотря на некоторые положительные результаты по осуществлению управляемого ядерного синтеза в ближайшей перспективе он вряд ли будет использован для решения энергетических и экологических проблем. Это связано с нерешенностью многих технических вопросов и с необходимостью колоссальных затрат на дальнейшие экспериментальные и промышленные разработки.

Современный уровень знаний, а также имеющиеся в стадии разработки новые энергетические технологии дают основание для оптимистических прогнозов и позволяют надеяться на то, что человечеству не грозит тупиковая ситуация в части исчерпания энергетических ресурсов или экологических проблем энергетики.

2. Влияние вредных выбросов ТЭС и ТЭЦ на атмосферу

Атмосферавоздушная среда. Является наиболее уязвимой составляющей окружающей среды. Без нее невозможна жизнедеятельность человека, существование и развитие животного и растительного мира, так как в ней содержится основная часть кислорода воздуха, имеющегося на планете. Атмосфере человеческой деятельностью причиняется огромный и невосполнимый ущерб. Вследствие тесной и неразрывной взаимосвязи всех природных составляющих окружающей среды, загрязнение атмосферы неизбежно отражается на других средах: гидросфере, литосфере, биосфере. Выбросы вредных веществ в атмосферу постоянно растут с ростом урбанизации, строительством новых заводов и фабрик.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь).

Одним из основных и самых крупномасштабных источников загрязнения атмосферы являются ТЭС и ТЭЦ. Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива нетоксичные углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Кроме этого в воздушную среду выбрасываются такие вредные вещества, как оксиды серы, азота, углерода, в частности угарный газ (СО), соединения тяжёлых металлов, таких как свинец (Рв), сажа, углеводороды, несгоревшие частицы твёрдого топлива, канцерогенный бензопирен (С20Н12).При сжигании твёрдого топлива в котлоагрегатах ТЭС и ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы (SO2), оксидов азота. Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как в мазуте содержится менее 2% серы.

Современные ТЭС и ТЭЦ мощностью 2, 4 млн. кВт. расходуют до 20 тысяч тонн угля в сутки и выбрасывают в атмосферу: 680 тонн SO2 и SO3, 200 тонн оксидов азота, 120-240 тонн золы, пыли, сажи, (данные числовые значения приведены для процентного содержания серы в исходном топливе 1, 7% и при эффективности системы пылеулавливания 94-98%.

Исследования показали, что вблизи мощных станций и централей, в атмосферу выбрасывается 280-360 тонн SO2 в сутки. Максимальная концентрация диоксида серы с подветренной стороны на расстояниях: 200-500, 500-1000, 1000-2000 метров соответственно составляет: 0, 34, 9; 0, 7-5, 5; 0, 22-2, 8; мГ/м³. Из этого следует, что диоксид серы очень хорошо разносится на расстояние и естественно наблюдается пропорциональное уменьшение его концентрации при удалении от очага загрязнений.

При сжигании каменного угля остаётся очень большое количество зольных отходов, которые вывозятся за город на золоотвалы. Золоотвалы, w Roman»>в большинстве своём, очень плохо оборудованы и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем. Это способствует образованию техногенных пустынь.

Учёными подсчитано, что ТЭС и ТЭЦ выделяют 46% всего сернистого ангидрида и 25% угольной пыли выбрасываемой в атмосферу промышленными предприятиями. Причиной загрязнений такого масштаба является развитие экологически несостоятельных технологических процессов, то есть таких, которые создают удовлетворение потребностей человека в тепловой и электрической энергии, но одновременно с этим и недопустимое загрязнение окружающей среды. Эти процессы развиваются без принятия эффективных мер, предупреждающих загрязнение атмосферы.

Особенно опасны сернистый ангидрид, диоксид серы и оксиды азота, выделяемые в атмосферу ТЭС и ТЭЦ, поскольку они переносятся на большие расстояния и осаждаются, в частности, с осадками на поверхность земли, загрязняя гидросферу и литосферу. Одним из особенно ярких проявлений этой картины являются кислотные дожди. Эти дожди образуются вследствие поступлений от сгорающего топлива и уходящих в атмосферу на большую высоту дымовых газами в, основном двуокиси серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения.

Кроме того, загрязнение атмосферы ТЭС и ТЭЦ привело, как полагают учёные, к новому явлению поражению некоторых видов мягких пород деревьев, а также к быстрому и одновременному падению скорости роста по меньшей мере шести видов хвойных деревьев.

3. Ресурсы окружающей среды

В современном понимании под ресурсами, поддающимся качественному и количественному описанию, подразумеваются все природные источники, на которые осуществляется воздействие человека, причём знак этого воздействия бывает как положительным, так и отрицательным.

Обеспеченность ресурсами является основой функционирования теплоэнергетики и всей энергетики в целом в конкретных условиях. До настоящего времени обычно рассматривалась в различных аспектах обеспеченность теплоэнергетики только первичными топливными ресурсами. Но влияние на энергетику оказывают и многие другие компоненты атмосферы, гидросферы, литосферы, которые тоже необходимо принимать во внимание.

Развитие теплоэнергетики, как общей системы использования природных ресурсов началось в начале текущего столетия. Долгое время основным источником тепловой энергии во всём мире были дрова, мускульная энергия людей и скота. Коренное изменение структуры теплопотребления произошло в 20 веке.

Применение двигателей внутреннего сгорания в промышленной теплоэнергетике, в морском и автомобильном транспорте, в сельском хозяйстве, а затем и в авиации вызвали развитие добычи и переработки нефти. Для бытовых и промышленных целей стало использоваться газовое топливо, как более дешевое, удобное в эксплуатации и удешевляющее котельное оборудование. С середины текущего столетия прирост телоэнергопотребления происходит преимущественно за счёт этих двух видов ресурсов (1990 год: Нефть-0, 03 млрд. т. ут.; Уголь0, 73 млрд. т. ут., 1975 год: Нефть-4, 04, Природный газ-1, 69, Уголь-2, 63 млрд. т. ут.).

Важнейшим событием явилось открытие путей использования ядерной энергии. Наряду с органическим топливом, ядерное топливо относится к категории невозобновляемых энергетических ресурсов, в отличии от возобновляемых, к которым относятся: лучистая энергия Солнца, механическая энергия речных стоков, приливов, волн и ветров, тепловая энергия земных недр (геотермальная энергия) и тепловая энергия, основанная на температурном градиенте разных слоёв воды мирового океана.

Органическое топливо70-90% приходится на угли (извлекаемость 30-60%). Геологические ресурсы каменного угля7, 5-14, 0 трлн. т., (извлекаемость 1, 0-2, 4 трлн. т.).

Наиболее динамично изменяются представления о ресурсах нефти и природного газа (извлекаемость 80-110 млрд. т.) и (700-1100 млрд. т. геологические ресурсы нефти, природного газа800 трлн. м³.

Ядерное топливо: суммарные запасы урана, доступные извлечению из недр, оцениваются в 66, 16 млн. т., ресурсы дейтерия сосредоточенные в атмосфере практически неисчерпаемы. Потенциальные ресурсы ядерного топлива по тепловому эквиваленту значительно превосходят суммарные ресурсы всех видов органического топлива.

Возобновляемые ресурсы: энергия недр Земли, космического излучения и излучения Солнца, а также их производные в виде преобразованной или аккумулированной энергии. Из наиболее перспективных источников энергии этой группы могут быть названы: энергия Солнца, гидроэнергия (энергия стока рек наиболее освоена и широко применяется), энергия ветра.

Примесные выбросы теплоэнергетических объектов и их распространение

В первую очередь при анализе взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды должны быть рассмотрены элементарные процессы происходящие при сжигании топлива (в особенности органического), так как при его сжигании образуется большое количество вредных соединений (оксиды азота, серы, сажа, соединения свинца, водяной пар). Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу, гидросферу, литосферу и во время пребывания ведущие себя по-разному (изменяется t, свойства) называются примесными выбросами. При выходе в атмосферу, выбросы содержат продукты реакций в твёрдой, жидкой и газообразной фазах. Изменение состава выбросовПосле их выпадения могут проявляться в виде: осаждения тяжёлых фракций, распада на компоненты по массе и размерам, химических реакций с компонентами воздуха, взаимодействием с воздушными течениями, с облаками, с атмосферными осадками, фотохимические реакции. В результате, состав выбросов может существенно измениться, могут появиться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от данных. Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота. Оксиды азота практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. Сернистый ангидрид (SO2) один из токсичных газообразных выбросов теплоэнергоустановок, с небольшой продолжительностью пребывания в атмосфере, в присутствии кислорода воздуха (О2) доокисляется до SO3 и, вступая в реакцию с водой(Н2О) образует слабый раствор серной кислоты (Н2SO4). В процессе горения в атмосфере кислорода воздуха азот, в свою очередь образует ряд соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5.

В присутствии влаги NO2 легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, образуя азотную кислоту (НNO3).

Неуклонный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, прежде всего отражается на здоровье населения Земли, ухудшает качество продукции сельского хозяйства, снижает урожайность, оказывает влияние на климатические условия отдельных регионов мира, состояние озонового слоя Земли, приводит к гибели флоры и фауны.

Можно выделить несколько основных групп наиболее важных взаимодействий теплоэнергоустановок с конденсированными компонента ми окружающей среды.

а). Водопотребление и водоиспользование, обуславливающее изменение естественного материального баланса водной среды (перенос солей, питательных веществ).

б). Осаждение на поверхности твёрдых выбросов продуктов сгорания органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, её цветности, альбедо.

в). Выпадение на поверхности в виде твёрдых частиц и жидких растворов продуктов выброса в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков, металлов и их соединений, канцерогенных веществ.

г). Выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов сжигания твёрдых топлив (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола).

д). Выбросы на поверхность воды и суши твёрдых топлив при транспортировке, переработке, перегрузке.

е). Выбросы твёрдых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемых условиями их распространения в гидросфере и литосфере.

ж). Выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоёме, временное повышение температуры, изменение условий ледосостава, зимнего гидрологического режима, изменение условий паводков, изменение распределения осадков, испарений, туманов.

з). Создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов-охладителей, что вызывает: изменение качественного и качественного и количественного состава речных стоков, изменение гидрологии водного бассейна, увеличения давления на дно, проникновение влаги в разломы коры и изменение сейсмичности, изменение условий рыболовства, развития планктона и водной растительности, изменение микроклимата, изменение условий отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.

и). Изменение ландшафта при сооружении разнородных теплоэнергетических объектов, потребление ресурсов литосферы, в том числе: вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов, взаимодействие берегов с водохранилищами.

к). Воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шлейфов.

Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между атмосферой, гидросферой и литосферой.

Из анализа общих схем взаимодействия теплоэнергетических установок с окружающей средой, следует, что основным фактором взаимодействия ТЭЦ и ТЭС с водной средой является потребление воды системами технического водоснабжения, в том числе безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют 7% общего расхода воды, являясь при этом, основным источником примесного загрязнения.

АЭС воздействуя на водный бассейн, в то же время влияют на некоторые растения и вещества (растворённые в воде и содержащиеся в данных отложениях), некоторые из них накапливают радиоактивные изотопы в концентрациях, на несколько порядков превышающих равновесные в окружающей воде. При существующих условиях воздействия ядерной теплоэнергетики на гидросферу (и методах контроля выбросов) освоенные типы ядерных теплоэнергетических установок не представляют собой угрозы нарушения локальных и глобальных равновесных процессов в гидросфере и её взаимодействие с другими оболочками Земли (за исключением аварийных ситуаций, вызывающих загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами). Все другие виды воздействия АЭС на гидросферу и литосферу, не связанные с радиоактивностью (влияние систем водоснабжения, фильтров), качественно не отличаются от аналогичных воздействий ТЭС и ТЭЦ.

Учёными доказано, что основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающими на поверхность гидросферы и литосферы, являются твёрдые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидросфер и литосфер является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.

Выбросы теплоты являются одним из основных факторов взаимодействия теплоэнергетических объектов с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой. Выделение происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического вещества или ядерного топлива для выработки тепловой энергии. Большая часть теплоты, получаемой охлаждающей водой в конденсаторах паровых турбин, передаётся в водоёмы, водотоки, а оттуда в атмосферу (t воды в месте сброса нагретой воды повышается, что ведёт к повышению средней.

Температуры поверхности водоёма, атмосферный воздух над теплоэнергетической установкой повышается, вследствие энергии, выделенной этой установкой в атмосферу).

Современные представления о допустимых условиях загрязнения атмосферы, воды, земных ландшафтов основаны на сведении о вредном воздействии веществ на здоровье людей, животных, на растительность, на материальные ценности. Всемирной организацией по вопросам здравоохранения при ООН в 1963 году рекомендовано определение критерия чистоты воздуха по четырём уровням:

Уровень №1. - Невозможно обнаружить прямое или косвенное влияние на человека, животных или растительность.

Уровень №2. - Возможно раздражение органов чувств, вредное воздействие на растительность, уменьшение прозрачности воз духа.

Уровень №3. - Нарушение жизненно важных функций и возникновение хронических заболеваний у человека и животных.

Уровень №4. - Возникновение острых заболеваний, ведущих к гибели людей и животных.

Изменения в окружающей среде под влиянием антропогенных воздействий

Естественное ограничение процессов, определяющих механизмы саморегулирования окружающей среды, неизбежно ведёт к накоплению результатов антропогенных воздействий. В результате этого происходит изменение тех или иных характеристик окружающей среды. Изменения в атмосфере: рост содержания углекислого газа (СО2) (пропорционален росту потребления органического топлива), концентрации водяного пара, уменьшения озонового слоя (вследствие воздействия фреонов), и как следствие всему этому - изменение состава атмосферы, сто отражается на её прозрачности, ведущее к изменению температуры по сравнению с естественным уровнем. Изменения в гидросфере и литосфере (так как они тесно взаимосвязаны, то изменения в них рассматриваются совместно), образование водохранилищ и новых русел сопровождается изъятием земель и ускоренной водной эрозией почв, смывом прилегающих слоёв, размыванием, что в свою очередь ведёт к загрязнению водоёмов водотоков, изменению теплового режима гидросферы, равновесного состава и других, уже рассматриваемых ранее, шероховатость поверхности литосферы, изменение её теплового режима и теплообмена поверхности (из-за осушения болот, расчистки лесов, разработки шахт, асфальтирования дорог), изменение состава атмосферного воздуха ведёт к изменения взаимодействия воздуха с растительным покровом литосферы и условий жизнедеятельности биосферы, одним из последних воздействий является изменение сейсмичности, а также радиационной обстановки биосферы, накопление в организме человека твёрдых частиц. В результате промышленной деятельности человека в области производства тепловой энергии в окружающей среде наблюдается целый ряд существенных изменений. Вот лишь некоторые из них, особо ощутимые:

1. Наличие частиц, являющихся ядрами конденсации в 10 раз больше.

2. Наличие в воздухе газовых примесей увеличено 5-25 раз.

3. Количество облаков увеличивается на 5-10%.

4. Количество туманов зимой на 100% больше, летом на 30%.

5. Число осадков в различные периоды года на 5-10% больше.

6. Относительная влажность уменьшена летом на 2%, зимой на 8%.

7. Солнечное излучение уменьшено 3-20%.

8. Температура повышается на 1-2 градуса Цельсия.

9. Скорость ветра 5-30% больше.

4. Способы снижения загрязняющих выбросов

При сжигании выбросов соединений серы, при сжигании органического топлива, принципиально существуют два подхода: сероочистка дымовых газов и удаление серы из топлива до его сжигания. Существуют следующие методы: известняковый, известковый, двухцикличный щелочной, каталитического окисления, газификации топлив, пиролиз.

Снижение выбросов твёрдых частиц с продуктами сгорания ведётся с помощью следующих способов: использование золоуловителей (инерционные или мокрые), тканевых и электрофильтров.

Снижение загрязняющих выбросов АЭС: создание специализированных систем по обезвреживанию и удалению радиоактивных отходов (коагуляция, выпарка, сорбция на ионообменных смолах).

Одним из способов снижения вредных воздействий энергоустановки на окружающую среду является совершенствование её тепловых схем, развитие теплофикации (одновременная выработка тепла и энергии), укрупнение установок теплоэнергетики, использование вторичных энергетических ресурсов, внедрение новых термодинамических циклов, развитие систем аккумуляции энергии, использование возобновляемых источников энергии (солнечная, электростанции, геотермальная энергия).

Заключение

Помимо основных компонентов, образующихся при сжигании органического топлива, в выбросах ТЭС содержатся пылевые частицы, имеющие различный состав, оксиды азота и серы, оксиды металлов, фтористые соединения и газообразные продукты неполного сгорания топлива. Попадая в атмосферу, они наносят большой вред не только основным компонентам биосферы, но и предприятиям, другим городским объектам, транспорту и местному населению. Наличие оксида серы в частицах пыли обусловлено присутствием в топливе минеральных примесей, оксид азота образуется из-за частичного окисления азота в высокотемпературном пламени. Наиболее высокую биологическую активность имеет диоксид азота, он оказывает сильное раздражающее действие на слизистую оболочку глаз и дыхательные пути. Огромное негативное влияние на здоровье человека оказывают тяжёлые металлы. В больших количествах, проникая в организм, в течение короткого периода времени они способны вызвать острые отравления. При долговременном воздействии в малых дозах такие вещества, как мышьяк, хром и никель могут проявлять свои канцерогенные качества. Если перевести количество вредных выбросов в год на ТЭС мощностью 1 млн. кВт на смертельные дозы, то получается такая картина: железо - 400 млн. доз, алюминий и его соединения - более 100 млн. доз, магний -1,5 млн. доз. В выбросах ТЭС, работающих на угольном топливе, присутствуют окислы алюминия и кремния. Эти абразивные вещества способны разрушать ткань лёгких, в результате чего развивается такая болезнь, как силикоз, раньше этим заболеванием страдали в основном шахтёры. Сейчас силикоз довольно часто определяют у детей, проживающих в непосредственной близости от угольных теплоэлектростанций. В районах расположения ТЭС, наряду с возрастанием доли углекислого газа, уменьшается доля кислорода в атмосфере, так как большое количество кислорода расходуется при сжигании топлива. Окись серы, попадающая с выбросами в атмосферу, наносит большой ущерб животному и растительному миру, она разрушает хлорофилл, имеющийся в растениях, повреждает листья и хвою. Окись углерода, попадая в организм человека и животных, соединяется с гемоглобином крови, в результате чего в организме возникает недостаток кислорода, и, как следствие, происходят различные нарушения нервной системы. Оксид азота снижает прозрачность атмосферы и способствует образованию смога. Имеющийся в составе золы пена токсин ванадия, отличается высокой токсичностью, при попадании в дыхательные пути человека и животных, он вызывает сильное раздражение, нарушает деятельность нервной системы, кровообращение и обмен веществ. Своеобразный канцероген безопорен, может вызывать онкологические болезни. Учитывая всю опасность продуктов сгорания, выбрасываемых теплоэлектростанциями, их проектирование и строительство ведётся с максимальным соблюдением экологических требований, целью которых является недопущение выбросов вредных веществ, превышающих предельно допустимые концентрации. Предельно допустимыми концентрациями принято считать концентрации вредных веществ, не оказывающих на организм человека прямого или косвенного негативного воздействия, не снижающих его трудоспособность, не влияющих на самочувствие и настроение. Косвенное воздействие определяется по влиянию загрязняющих веществ на зелёные насаждения и микроклимат. Распространение вредных выбросов ТЭС зависит от нескольких факторов: рельефа местности, температуры окружающей среды, скорости ветра, облачности, интенсивности осадков. Ускоряет распространение и увеличивает площадь загрязнения вредными веществами такое явление, как туман. Вредные вещества при взаимодействии с туманом образуют устойчивое сильнозагрязнённое мелкодисперсное облако - смог, имеющий наибольшую плотность у поверхности земли.

Список литературы

1. Контроль вредных выбросов ТЭС в атмосферу: Учеб.пос. для вузов/П.В. Росляков; под ред. П.В. Рослякова. - М.: Изд.-во МЭИ, 2004. - 228с

2. Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек /Ю.В. Новиков. - М.: Изд. ФАИР-Пресс, 2003. - 560с

3. Энергетические установки и окружающая среда /В.А. Маляренко, Г.Б. Варламов, Г.Н. Любчик

Размещено на Allbest.ru