Юрий Почанин – Энергетика и экология (страница 3)

II

РbО2

0,5

I

Cr2O3

0,5–1

I

ZnO

0,5–2,5

II

Аl2О3

10

IV

Fe2O3

3–10

IV

MgO

1–3

III

SiO2

10

IV

Технологический цикл тепловой электростанции предусматривает, что более 95% воды, используемой для охлаждения турбин, нагревается на 8–12°С и сбрасывается в водоемы (в крупных ТЭС – до 250–300 тыс. м3/ч). Для охлаждения турбин угольных ТЭС тратится до 60% энергии, содержащейся в топливе. Сточные воды и ливневые стоки с территории ТЭС загрязняются отходами технологических циклов энергоустановок (нефтепродукты, шлаки, обмывочные воды). Их сброс в водоемы может привести к гибели водных организмов, снизить способность водоема к самоочищению.

Главными проблемами сегодня являются: растущая из-за сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение.

Ключевое место в процессе загрязнения занимают предприятия промышленности. Процесс сжигания топлива в промышленных установках никогда не бывает полным. Помимо угарного газа, с дымом в воздух попадают различные несгоревшие частицы: сажа, зола и пыль, которые оседают на землю в ближайших районах. Чтобы избежать вредного воздействия отравляющих веществ на людей, промышленные предприятия все чаще выносятся за пределы населенных пунктов. Промышленность также является источником выброса в атмосферу мельчайшей пыли, особенно это касается цементных заводов. Выбросы вредных веществ представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Выбросы вредных веществ

Сильным загрязнителем воздуха является и автотранспорт. Причем значительная доля вредных выбросов приходится на грузовой и автобусный автопарки. Специалистами было установлено, что ежегодно один легковой автомобиль поглощает более 4 т кислорода, выбрасывая при этом свыше 1 т вредных веществ (около 800 кг окиси углерода, 100 кг окиси азота и 200 кг различных примесей).

Выброс вредных веществ при сгорании различных топлив представлен в таблице 1.4.

Таблица 1.4. Выброс вредных веществ при сгорании топлива

В настоящее время возросла концентрация метана и фреонов в атмосферном воздухе по сравнению с прединдустриальной концентрацией.

С экологической точки зрения наиболее чистыми среди энергообъектов являются атомные электростанции. В процессе эксплуатации АЭС образуются газообразные, жидкие и твердые радиоактивные отходы. В газообразных выбросах АЭС содержится небольшое количество трития, радиоактивных изотопов ксенона, криптона, йода, осколки деления ядер, продукты активации, которые незначительно влияют на окружающую среду и не повышают природного радиоактивного фона территории.

Объем твердых отходов АЭС, основным видом которых является отработанное ядерное топливо (ОЯТ), ежегодно достигает 2–3 км3. В жидких и твердых отходах АЭС содержатся долгоживущие радионуклиды с большим периодом полураспада, поэтому ОЯТ необходимо хранить в специальных хранилищах, которые требуют особого технического обслуживания. При соблюдении всех правил хранения окружающая среда не страдает. Вместе с тем АЭС оказывает сильное тепловое воздействие на окружающую среду, особенно на естественные водоемы. Сброс тепла от АЭС в 1,5–1,8 раза превышает сбросное тепло ТЭС, что объясняется разницей в значениях КПД. Расход воды на охлаждение мощной АЭС достигает 180м3/с, причем температура охлаждающей воды, поступающей в водоемы после завершения технологического цикла, составляет 40–45°С, что может приводить к изменению теплового режима рек и озер и гибели водных организмов. Продолжительность эксплуатации (расчетный срок службы) АЭС составляет около 60 лет. После этого должен быть произведен демонтаж оборудования, зданий, сооружений, рекультивирована промышленная площадка.

Выбросы отходов газов в атмосферу в виде различных ядовитых оксидов загрязняют нижний слой атмосферы, вызывая кислотные дожди (диоксид серы) и уменьшения количества кислорода. Диоксид серы влияет самым негативным образом на растительность и, следовательно, животный мир. Вспомните кислотные кристально – чистые озёра в Америке.

Оксид углерода отрицательно влияет на перенесение кровью в ткани мышц кислорода. При дыхании он связывается с гемоглобином крови и вызывает сердечно – сосудистые заболевания, нарушение дыхательной функции у человека. Повышение выше 10% в составе крови ведёт к коме и дальнейшей смерти.

Если теплоэлектростанция работает на угле, вокруг неё всегда радиационный фон повышен. Это происходит из-за того, что в угле присутствуют микроизотопы, которые высвобождаются при сгорании угля.

Специалисты Испанской ассоциации производителей возобновляемой энергии провели исследование воздействия на окружающую среду выбросов, образующихся при производстве электроэнергии. Эксперты количественно определили ущерб, наносимый генерацией электроэнергии с использованием 8 различных источников энергии: бурого и каменного угля, нефтяного топлива, природного газа, ядерного топлива, ветра, малых ГЭС и солнечных фотоэлементов. Результаты исследования показали, что выработка электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии наносит в 31 раз меньший ущерб окружающей среды, чем при применении традиционных видов топлива, а 1 кВтч, выработанный малыми ГЭС, в 300 раз «чище», чем при сжигании бурого угля.

В качестве единицы сравнения исследователи использовали штрафной экологический балл. Баллы рассчитывались с учетом глобального потепления, истощения озонового слоя, закисления почвы, эвтрофикации, загрязнения тяжелыми металлами, эмиссии канцерогенных веществ в атмосферу, формирования зимнего и летнего смога, воздействия на экологию промышленных, радиоактивных отходов и радиоактивных выбросов, а также истощения источников энергии (табл.1.5). Следует отметить, что оценка ущерба окружающей среде по другим методикам приводит к аналогичным выводам.

Таблица 1.5. Штрафной экологический балл для различных способов генерации электроэнергии

Топливо/технология

Штрафной экологический балл

Бурый уголь

1 735

Нефтяное топливо

1 398

Каменный уголь

1 356

Ядерное топливо

672

Солнечные фотоэлектрические элементы*

461

Природный газ

267

Ветер

65

Малые ГЭС

5

Расчет производился с учетом всех технологических операций.

На климат Земли сильно влияют аэрозоли в атмосфере парниковый эффект и кислотные дожди. Влага, которая выбрасывается при сжигании, снижает солнечное освещение, вызывает постоянные туманы и низкие облака. В зимнее время это приводит к образованию наледи, инея, обледенению дорог.

Аэрозоли в атмосфере. Аэрозоль- дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде, обычно в воздухе, мелких частиц. В зависимости от природы аэрозоли подразделяют на естественные и искусственные. Естественные аэрозоли образуются вследствие природных сил, например при вулканических извержениях, сочетании эрозии почвы с ветром, явлениях в атмосфере. Искусственные аэрозоли образуются в результате хозяйственной деятельности человека. Важное место среди них занимают промышленные аэрозоли. Примером промышленного аэрозоля может служить газовый баллончик. Важнейшие оптические свойства аэрозолей – рассеяние и поглощение ими света. В прошлом климат Земли изменялся много раз без воздействия или при малом воздействии антропогенных источников. Поэтому возникает вопрос: может ли оказать воздействие на климат присутствие в атмосфере аэрозоля вообще и антропогенного в частности. Отмечалось, что глобальные выбросы антропогенного аэрозоля в настоящее время достаточно велики. Так, среднегодовой выброс аэрозоля из естественных источников составляет 2312 млн. т, а из антропогенных-296 млн. т, что составляет соответственно 88.5 и 11.5% от общего среднегодового количества генерируемого аэрозоля. При оценке потенциального влияния антропогенного аэрозоля важно сознавать, что его образование ограничено промышленными центрами, расположенными в основном в Северной Америке, Европе, Японии и на части территории Австралии. Таким образом, 296 млн. т антропогенного аэрозоля образуется над площадью, равной примерно 2.5% поверхности Земли. Для сравнения отметим, что эта же территория продуцирует 58 млн. т аэрозоля естественного происхождения, т.е. лишь 20% от антропогенного аэрозоля. Эта относительно высокая концентрация антропогенного аэрозоля над относительно маленькой площадью позволяет предположить возможность локального, вполне вероятно, что и регионального, воздействия на климат.

Непоглощающий аэрозоль увеличивает альбедо атмосферы и, следовательно уменьшает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Если аэрозоль поглощает в коротковолновой области спектра, то поглощенная энергия солнечного излучения передается атмосфере. Это приводит к нагреванию атмосферы и охлаждению подстилающей поверхности. Если аэрозоль поглощает и соответственно испускает энергию в инфракрасной области спектра, то это приводит к противоположному результату, т.е. энергия выводится из тропосферы, что приводит к охлаждению воздуха и усилению парникового эффекта у поверхности Земли. Общий эффект зависит от соотношения коэффициентов поглощения в видимой и инфракрасной области, а также от альбедо поверхности. Изменение радиационных потоков в аэрозольной атмосфере приводит к изменению ее температурной стратификации, а также к изменению температуры земной поверхности.