Экологические проблемы тепловой энергетики

Экологические проблемы тепловой энергетики

За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90 % энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80 – 85 % в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США 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 в получении 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 (около 40 %), а на долю угля приходится только 18 % получаемой энергии, доля нефти не превышает 10 %.

В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5 – 6 % электроэнергии (в России 20,5 %), атомная энергетика дает 17 – 18 % электроэнергии. В России ее доля близка к 12 %, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция – 74 %, Бельгия – 61 %, Швеция – 45 %).

Тепловые электроцентрали (ТЭЦ, ТЭС, КЭС). Сжигание топлива – не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО₂), около 50 % двуокиси серы, 35 % – окислов азота и около 35 % пыли. 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 в незначительных количествах.

Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице 11.1.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

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 7 триллионов тонн. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 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. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС – золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков, попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Таблица 11.1.

Сравнение АЭС и ТЭС по расходу топлива и воздействию на среду.

Выбросы в атмосферу

 

Воздушный бассейн Украины испытывает антропогенную нагрузку, как от региональных источников, так и вследствие трансграничного переноса. Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются автотранспорт, объекты энергетики и промышленные предприятия. Ими в 2000 г. выброшено в атмосферу 1311,3 тыс. т загрязняющих веществ. Большая часть из них продуцирована передвижными источниками (прежде всего автотранспортом) – 952,8 тыс. т или 72,7 %. На долю стационарных источников пришлось около 27,3 % суммарных выбросов – 358,5 тыс. т (рис. 10.1).

 

Рис. 11.1. Структура выбросов в атмосферу на территории Украины в 2000 г.

В составе выбросов преобладали оксид углерода – 54,7 %, диоксид серы – 10,7 %, оксиды азота – 10,3 % и углеводороды – 18,4 %. Большая часть выброшенных в атмосферу оксида углерода (88,3 %) и оксидов азота (62,7 %) обусловлены работой автотранспорта. С последним связаны также выбросы высокотоксичного бенз(а)пирена – около 0,75 т/год.

 

 

Рис. 11.2. Динамика выбросов в атмосферу на территории Украины

 

Рис. 11.3. Динамика трансграничных выбросов в атмосферу

 

11.6. Трансграничный перенос и атмосферные выпадения
загрязняющих веществ

 

Ежегодно на территории Украины осаждаются 180 – 190 тыс. т серы, 60 – 70 тыс. т окисленного азота, 150 – 170 тыс. т восстановленного азота, а также другие загрязняющие вещества, как от местных источников выбросов, так и от трансграничных.

 

Особенности географического положения Украины обусловили резкое преобладание в составе атмосферных выпадений трансграничной составляющей. В поступлении на территорию Украины окисленных серы и азота основной вклад принадлежит странам-соседям: Польше (24 и 23 %), Германии (8 и 10 %), Украине (7 и 6 %), России (6 и 10 %) Белоруссии (12%). Восстановленный азот имеет в основном местное происхождение.

 

Воздействие энергетики

 

В энергетике осуществляется постепенный переход с нефтепродуктов и угля на природный газ. В связи с постоянно увеличивающейся долей природного газа в структуре потребляемого топлива постоянно снижаются выбросы в атмосферу диоксида серы.

 

Загрязнение атмосферы в городах характерными для энергетики компонентами повсеместно укладывается в действующие нормативы, при этом фоновое загрязнение городов диоксидом серы значительно ниже допустимого уровня. По диоксиду азота загрязнение атмосферы в г. Могилеве хотя и укладывается в существующий норматив, однако требует снижения, т. к. запаса фона для развития города практически не остается.

По мнению специалистов, за счет более рационального использования электроэнергии и уменьшения потерь тепла в электросетях может быть снижено воздействие энергетики на окружающую среду еще на 30 – 40 %.

Важным резервом смягчения отрицательного воздействия энергетики на атмосферный воздух является увеличение производства тепла на ТЭЦ, т. к. при одновременном производстве электроэнергии и тепла удельные расходы топлива на оба вида энергии сокращаются.

Воздействие автотранспорта

 

В последние годы продолжается снижение объемов выбросов загрязняющих веществ передвижными источниками. Уменьшение объемов выбросов связаны с несколькими причинами: ужесточением контроля выбросов и дымностью автомобилей, как в автохозяйствах, так и на автодорогах, возрастанием в структуре автомобильного парка страны автомобилей, произведенных в западноевропейских странах и Японии с меньшими удельными расходами топлива, перевод части автомобилей на природный газ. Так, например, в Несвижском районе 70 % автомобилей автотранспортных предприятий работают на газообразном топливе.

Негативное влияние автотранспорта в первую очередь проявляется в крупных городах и вдоль автодорог с интенсивным движением. С транспортными потоками связаны высокие концентрации формальдегида в атмосферном воздухе большинства городов. Значительную опасность для населения представляют также выбросы канцерогенного бенз(а)пирена, составляющие около 0,75 т/год.

С учетом сложившейся ситуации экологическая политика в отношении автотранспорта в ближайшей перспективе будет направлена на:

- выведение из использования этилированного бензина;

- ужесточение экологических нормативов и системы контроля над их выполнением;

- обновление автомобильного парка и улучшение его экологических характеристик;

- продолжение мероприятий по переводу автомобилей с жидких видов топлива на альтернативные.

Экологические проблемы тепловой энергетики

За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90 % энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80 – 85 % в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США 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 в получении 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 (около 40 %), а на долю угля приходится только 18 % получаемой энергии, доля нефти не превышает 10 %.

В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5 – 6 % электроэнергии (в России 20,5 %), атомная энергетика дает 17 – 18 % электроэнергии. В России ее доля близка к 12 %, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция – 74 %, Бельгия – 61 %, Швеция – 45 %).

Тепловые электроцентрали (ТЭЦ, ТЭС, КЭС). Сжигание топлива – не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО₂), около 50 % двуокиси серы, 35 % – окислов азота и около 35 % пыли. 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 в незначительных количествах.

Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества. В обобщенном виде эти воздействия представлены в таблице 11.1.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

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 7 триллионов тонн. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 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. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС – золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков, попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Таблица 11.1.