«Якщо людина хоче жити на цій Землі, то йому доведеться проявити мудрість при виборі між тими нововведеннями, які він здатний контролювати, і тими, якими він управляти не в змозі».
Основу життя людини складає навколишнє природне середовище, а основу сучасної цивілізації - викопні природні ресурси і виробляється з них енергія. Очевидно, що без енергетики у людства немає майбутнього. Але з іншого боку, енергетика надає потужний негативний вплив на навколишнє середовище, погіршуючи умови життя людей. Основу енергетики складають різні типи електростанцій. Майже 70 років тому при розвитку вітчизняної індустрії ставку зробили на великі ТЕС. Однак в той час мало хто замислювався про наслідки впливу ТЕС на природу, тому що першочерговим завданням було отримання електричної енергії і тепла. Технологія проізводстваелектроенергіі на ТЕС з використанням органічних палив пов'язана з перетворенням практично всіх витрачених матеріальних ресурсів і більшої частини енергії палива в відходи, що викидаються в навколишнє середовище. На сучасному етапі проблема взаємодії енергетики і навколишнього середовища набула нових рис, поширюючи вплив на величезні території, більшість річок і озер, величезні обсяги атмосфери і гідросфери Землі. Ще більш значні масштаби енергоспоживання в доступному для огляду майбутньому зумовлюють подальше інтенсивне збільшення різноманітних впливів на всі компоненти навколишнього середовища в глобальних масштабах. Раніше при виборі способів отримання електричної та теплової енергії, шляхів комплексного вирішення проблем енергетики, водного господарства, транспорту, призначення основних параметрів об'єктів (тип і потужність станції, об'єм водосховища та ін.) Керувалися в першу чергу мінімізацією економічних витрат. У теперішній же час на перший план все більше висуваються питання оцінки можливих наслідків зведення та експлуатації об'єктів енергетики [1].
У даній роботі ми розглянемо вплив ТЕС на навколишнє середовище.
Вплив ТЕС на навколишнє середовище.
ТЕС працюють на органічному паливі, в якості якого використовують порівняно дешеві вугілля та мазут. Ці види палива - непоправні природні ресурси. Основні енергетичні ресурси в світі сьогодні-вугілля (40%), нафта (27%), газ (21%). Однак цих запасів, за деякими оцінками, вистачить, відповідно, на 270, 50 і 70 років, і це за умови, що людство буде витрачати їх з тією ж швидкістю, що і сьогодні.
Так як не вистачає якісного палива, ТЕС працюють на низькосортному. У процесі згоряння такого палива утворюються забруднюючі речовини, які виводяться в атмосферу з димом і потрапляють в грунт із золою. Крім того, що ці викиди несприятливо впливають на навколишнє середовище, продукти згоряння викликають випадання кислотних опадів і парниковий ефект, який загрожує нам засухами.
Одним з факторів впливу вугільних ТЕС на навколишнє середовище є викиди систем складування палива, його транспортування, пилоприготування та золовидалення [2]. При транспортуванні і складуванні можливо не тільки пилове забруднення, але і виділення продуктів окислення палива. Для золошлаковідвалів потрібні значні території, які довгий час не використовуються, і є осередками накопичення важких металів і підвищеної радіоактивності, які повітряним шляхом або ж з водою потрапляють в біосферу.
Крім того, відбувається значне потепління водойм при скиданні в них теплої води, що супроводжує ланцюговим природним реакцій: заростання водойм водоростями, порушення кисневого балансу, що створює загрозу для життя мешканців річок і озер.
Основними факторами впливу ТЕС на гідросферу є викиди теплоти, наслідком яких можуть бути: постійне локальне підвищення температури у водоймі; тимчасове підвищення температури; зміна умов льодоставу, зимового гідрологічного режиму; зміна умов паводків; зміна розподілу опадів, випарів, туманів [2].
На ТЕС з охолоджувальною водою скидається від 4 до 7 кДж теплоти на кожен 1 кВт · год виробленої електроенергії. За санітарними нормами теплові скиди не повинні підвищувати власну температуру водойми більш ніж на 5 ° в зимовий час і 3 ° в літній.
Джерелами забруднення атмосфери є виробничі стоки і викиди продуктів згоряння.
До стічних вод ТЕС належать такі води: містять нафтопродукти, після обмивки поверхонь нагріву парових котлів, скидні після установок хімічного очищення, консервації та промивок устаткування, а також систем гидрозолоудаления.
Кількість стічних вод, що містять нафтопродукти, не залежить від потужності станції і типу обладнання, хоча при використанні рідкого палива воно трохи вище, ніж для ТЕС на твердому паливі. У той же час в основному кількість їх залежить від якості монтажу та експлуатації обладнання електростанції.
Удосконалення конструкції устаткування, ретельне дотримання правил його експлуатації дозволяють знизити до мінімальних значень кількість вступників в стічні води нафтопродуктів, а застосування різного типу пасток і відстійників дозволяє виключити їх попадання в навколишнє середовище [4].
Найбільш високою біологічною активністю володіє діоксид азоту (), який подразнює дихальні шляхи і слизову оболонку ока. Також велику екологічну небезпеку для людини становлять важкі метали. Потрапляючи в організм у великих кількостях, протягом короткого часу вони можуть викликати гостре отруєння, а при хронічному впливі малих доз протягом тривалого часу може проявитися канцерогенну дію миш'яку, хрому, нікелю і т.д. [1]. При перерахунку на смертельні дози в річних викидах ТЕС потужністю 1 млн. КВт міститься алюмінію та його сполук понад 100 млн. Доз, заліза-400 млн. Доз, магнію -1,5 млн. Доз. У викидах вугільних ТЕС містяться також оксиди кремнію і алюмінію. Ці абразивні матеріали здатні руйнувати легеневу тканину і викликати таке захворювання, як силікоз, яким раніше хворіли шахтарі. Зараз випадки захворювання силікоз реєструються у дітей, які проживають поблизу вугільних ТЕС [3].
Поряд зі збільшенням вуглекислого газу, відбувається зменшення частки кисню в атмосфері, який витрачається на спалювання палива на теплових станціях.
Вплив на тваринний і рослинний світ надає забруднення атмосфери окисом сірки (), яка руйнує хлорофіл рослин, може призвести до пошкоджень листя і хвої. Вплив окису вуглецю () на людину і тварин полягає в тому, що вона, з'єднуючись з гемоглобіном крові, дуже швидко позбавляє організм кисню і призводить до порушення нервової системи. Оксиди азоту знижують прозорість атмосфери і сприяють утворенню смогу. Токсичністю відрізняється пентаксід ванадію (), що входить до складу золи мазуту. Ця речовина викликає подразнення дихальних шляхів у людини і тварин, розлад кровообігу та нервової системи, а також порушення обміну речовин.
Бенз (а) пірен - своєрідний канцероген, який здатний викликати онкологічні захворювання [1]. Тому проектування і спорудження електростанцій ведуться з дотриманням вимог по гранично допустимих концентрацій основних викидів, що забруднюють атмосферу газами підприємств в атмосферному повітрі на рівні дихання людини (таблиця 1).
Гранично допустимої визнана така концентрація, яка не робить на людину прямого або непрямого шкідливого і неприємного дії, не знижує працездатності, не впливає на його самопочуття або настрій. При побічну дію враховувався вплив забруднюючих речовин на мікроклімат і зелені насадження [5].
Поширення перерахованих викидів в атмосферу залежить від рельєфу місцевості, швидкості вітру, перегріву їх по відношенню до температури навколишнього середовища, висоти хмарності, фазового стану опадів і їх інтенсивності. Взаємодія викидів з туманом призводить до утворення стійкого сильно забрудненого дрібнодисперсного хмари - смогу, найбільш щільного біля поверхні землі. Одним з видів впливу ТЕС на атмосферу є все зростаюче споживання повітря, необхідного для спалювання палива [2].
Таблиця 1. Гранично допустима концентрація основних викидів, що забруднюють атмосферу газами ТЕС в атмосферному повітрі на рівні дихання людини.
Гранично допустимі концентрації,
Зола і пил Сажа Окис вуглецю () Двоокис азоту () Двоокис сірки () Пятиокись ванадію ()
0,5 0,15 3,0 0,085 0,5
0,15 0,05 1,0 0,085 0,05 0,002
Деякі шляхи вирішення проблем сучасної енергетики.
Потрібно сказати, що дії ТЕС на навколишнє середовище значно відрізняються за видами палива (таблиця 2). Найбільш «чисте» паливо для теплових електростанцій - газ, як природний, так і одержуваний при переробці нафти або в процесі метанового бродіння органічних речовин. Найбільш «брудне» паливо - горючі сланці, торф, буре вугілля. При їх спалюванні утворюється найбільше пилових частинок і оксидів сірки. Хоча в даний час значна частка енергії виробляється за рахунок відносно чистих видів палива (газ, нафта), але закономірною є тенденція зменшення їх частки. За наявними прогнозами, ці енергоносії втратять своє провідне значення вже в першій чверті XXI століття. Тут доречно згадати вислів Д. І. Менделєєва про неприпустимість використання нафти як палива: «Нафта немає паливо - топити можна й асигнаціями». Не виключена ймовірність істотного збільшення в світовому енергобалансі використання вугілля. За наявними розрахунками, запаси вугілля такі, що вони можуть забезпечувати світові потреби в енергії протягом 200-300 років Можлива видобуток вугілля, з урахуванням розвіданих і прогнозних запасів, оцінюється більш ніж в 7 трильйонів тонн. При цьому більш 1/3 світових запасів вугілля знаходиться на території Росії. Тому закономірно очікувати збільшення частки вугілля або продуктів їх переробки (наприклад, газу) в отриманні енергії, а, отже, і в забрудненні середовища. Вугілля містять від 0,2 до десятків відсотків сірки в основному у вигляді піриту, сульфату закісного заліза і гіпсу [3]. Для сполук сірки існують два підходи до вирішення проблеми мінімізації викидів в атмосферу при спалюванні органічних палив:
1) очищення від сполук сірки продуктів згоряння палива (сіркоочищення димових газів);
2) видалення сірки з палива до його спалювання.
До теперішнього часу по обох напрямках досягнуті певні результати. У числі переваг першого підходу слід назвати його безумовну ефективність - видаляється до 90-95% сірки - можливість застосування практично незалежно від виду палива. До недоліків слід віднести великі капіталовкладення. Енергетичні втрати для ТЕС, пов'язані з сіркоочистки, орієнтовно становлять 3-7%. Основною перевагою другого шляху є те, що очищення здійснюється незалежно від режимів роботи ТЕС, в той час як установки з сіркоочистки димових газів різко погіршують економічні показники електростанцій за рахунок того, що більшу частину часу змушені працювати в нерозрахованих режимі. Установки ж з сіркоочистки палив можна завжди використовувати в номінальному режимі, складируя очищене паливо.
Проблема зниження викидів окислів азоту ТЕС серйозно розглядається з кінця 60-х років. В даний час з цього питання вже накопичено певний досвід. Можна назвати наступні методи:
1) зменшення коефіцієнта надлишку повітря (так можна домогтися зниження вмісту оксидів азоту на 25-30%, зменшивши коефіцієнт надлишку повітря
з 1,15 - 1,20 до 1,03);
2) руйнування оксидів до нетоксичних складових.
Таблиця 2. Ступінь вмісту забруднюючих викидів для різних видів палив.
Відносні величини доданків загальної шкідливості димових газів енергетичних палив
Для зменшення концентрації забруднюючих сполук в приземному шарі повітря котельні ТЕС обладнають високими, до 100-200 і більше метрів, димарями. Але це призводить також до збільшення площі їх розсіювання. В результаті великими промисловими центрами утворюються забруднені області протяжністю в десятки, а при стійкому вітрі - в сотні кілометрів [1].
Безсумнівно, що в найближчій перспективі теплова енергетика буде залишатися переважною в енергетичному балансі світу та окремих країн. Велика ймовірність збільшення частки вугілля та інших видів менш чистого палива в отриманні енергії. У зв'язку з цим вивчимо деякі шляхи і способи їх використання, що дозволяють істотно зменшувати негативний вплив на середовище. Ці способи базуються в основному на вдосконалення технологій підготовки палива й уловлювання забруднюючих викидів. Важливо пам'ятати на кожному етапі проектування нової ТЕС, що взаємодія енергетичного підприємства з навколишнім середовищем відбувається на всіх стадіях видобутку та використання палива, перетворення і передачі енергії. Тепловою електростанцією активно споживається повітря. Утворені продукти згоряння передають основну частину теплоти робочому тілу енергетичної установки, частина теплоти розсіюється в навколишнє середовище, а частина - несеться з продуктами згоряння через димову трубу в атмосферу, і ці продукти згоряння містять оксиди азоту, вуглецю, сірки, вуглеводні, пари води та інші речовини в твердому,