Топливно-энергетический комплекс России и его воздействие на окружающую среду
Введение
1. Топливно-энергетический комплекс России
1.1. Значение отрасли и объемы производства
1.2. Структура отрасли
1.3. Проблемы развития отрасли
2.Воздействие предприятий отрасли на окружающую среду.
2.1. Выбросы в атмосферу
2.1.1. Газообразные выбросы
2.1.2. Выбросы твердых частиц
2.1.3. Выбросы влаги
2.2. Выбросы на земную поверхность и в гидросферу
Заключение
Список литературы
Введение
Тема моего реферата - тепловая энергетика и окружающая среда.
Энергия и ее источники играли и играют важную роль в жизни человека; с древних времен до наших дней. Человек всегда уделял большое внимание проблеме энергетических ресурсов. Особую актуальность эта проблема имеет сейчас, когда некоторые районы нашей страны находятся на пороге энергетического кризиса.
Целью моей работы являлось рассмотреть влияние топливно-энергетического комплекса на отдельные компоненты географической оболочки, то есть на атмосферу, гидросферу и литосферу.
Основной вывод, который я сделал, заключается в том, что главная ответственность в удовлетворении энергетических потребностей человечества лежит на невозобноёвимых энергоресурсах. А это само - собой подразумевает необходимость их рационального использования.
Пока существует один вид возобновимых источников энергии, который человечество освоило в достаточной степени - это энергия падающего потока. Остальные источники пока остаются или малоосвоенными, или неосвоенными совсем.
Однако использование минерального топлива влечет за собой появление отбросов, шлаков, золы и т.д. Сейчас большинство предприятий сбрасывают эти отходы в окружающую среду. В рассмотрении воздействий этих выбросов на компоненты географической оболочки и заключалась цель моей работы.
Работа написана на основе литературных источников.
1.Топливно-энергетический комплекс России
1.Значение отрасли и объемы производства.Топливная промышленность – комплексная базовая отрасль, основной источник энергии и важного промышленного сырья. Кроме добычи топлива она включает нефте- и газопереработку.
Доля ее продукции в общем промышленном производстве страны составляет 17,4% и занимает второе место после машиностроения.
Основными топливными ресурсами, главными составляющими топливного баланса являются нефть, газ и уголь. За последние десятилетия топливный баланс подвергся коренной реконструкции – из угольного он превратился в нефтегазовый и даже – в газонефтяной.
Примечание: теплотворная способность условного топлива – 7 тыс. ккал/кг. Этот показатель по отдельным видам топлива составляет: нефть – 10,5тыс. ккал/кг, газ – 10,4 тыс.ккал/кг, антрацит – 8,5. Тепловой коэффициент: нефть – 1,43; газ – 1,22; уголь – 0,73; торф – 0,37; сланцы – 0,30.
В структуре топливного баланса экономически развитых стран гораздо активнее используется уголь. Он дешевле нефти и газа, кроме того, использование современных технологий его сжигания позволяет уменьшить вредные отходы. В среднем в мире добыча угля составляет 25-30% топливного баланса. В США и Германии этот уровень гораздо выше – 55-60%.
Еще выше степень использования угля тепловыми электростанциями в экономически развитых странах: в США, например, доля угля составляет 80%, а нефти и газа соответственно – 6 и 14%. В мире происходит перевод энергоснабжения на каменный уголь. Тепловые электростанции в нашей стране используют около 1/3 добываемого в стране топлива со следующей структурой: уголь – 40%; нефть – 20%; газ – 40%.
В нашей стране запасы угля огромны и многие специалисты считают, что именно на угле должна базироваться вся наша топливно-энергетическая политика. Как известно, еще Д. И. Менделеев отмечал, что топить нефтью – все равно, что топить ассигнациями. Однако такая активизация использования угольного топлива едва возможна из-за удаленности основных бассейнов и отсутствия экологичных технологий сжигания.
Добыча топлива в последние годы снижается из-за общей экономической депрессии, отсутствия современных технологий, моральной отсталости и физической изношенности оборудования. Без привлечения иностранных инвестиций остановить падение производства отрасли считается невозможным.
В 1997 г. в России было добыть 306 млн. т нефти, 571 млрд. куб. м газа и 244 млн. т угля. В конце 80-х гг. добыча нефти доходила до 624, газа – до 815, угля – до 800 (в тех же единицах измерения). Россия по-прежнему занимает первое место по добычи газа.
Большое значение для народного хозяйства имеет добыча и производство ядерного топлива из урановых руд. Россия наряду с США, Канадой, Австралией, ЮАР производит и экспортирует обогащенный уран. В России существует единственное разрабатываемое месторождение урана – Краснокаменский рудник в Забайкалье. Переработку руды осуществляет Приаргунский горно-химический комбинат.
Атомная промышленность включает также предприятия по производству атомного и термоядерного оружия. Многочисленные НПО, НИИ, КБ ядерно-энергетического комплекса расположены в основном в Центральном, Северо-Западном, Волго-Вятском районах. Основными центрами являются: Москва, Санкт-Петербург, Дубна, Обнинск, а также «новые» города: Кремлев – бывший Арзамас-16 Нижегородской области с Российским федеральным ядерным центром – ВНИИ экспериментальной физики, Озёрск – бывший Челябинск-65 с производственным объединением «Маяк», Северск – бывший Томск-7 с сибирским химическим комбинатом, Железногорск – бывший Красноярск-26 с горно-химическим комбинатом.
Электроэнергетика – комплексная базовая отрасль, объединяющая все процессы генерирования, передачи, трансформации и потребления электроэнергии.
Значительно выросла в наше время доля стоимости продукции электроэнергетической отрасли в общем промышленном производстве страны (15,1%), где она занимает по этому показателю третье место.
Выработка энергии в мире возрастает ежегодно на 3-5%. Это наиболее высокий показатель роста в мировом хозяйстве. Почти во всех странах капиталовложения в энергетику доминируют. Стремительный рост потребления энергии закономерен. Дополнительных расходов энергии требуют:
- процесс индустриализации, идущий в мире: растет расход материалов (металлов, топлива, пластмасс) на душу населения; дорожает добыча цветных металлов из все более бедных руд (уже сейчас магний добывают из морской воды); увеличивается энергоёмкое производство качественных электросталей;
- создание циклических, замкнутых производств, направленных на охрану природной среды, где вредные отбросы почти полностью отсутствуют;
- химические технологии;
- увеличение энерговооруженности сельского хозяйства.
Объемы производства электроэнергии сократились до 77% с 1990 г. по 1997 г. в меньшей степени, чем продукция других отраслей. В 1997 г. электростанциями России выработано электроэнергии 834 млрд. кВт/ч. Экспорт электроэнергии в 1996 г. составил 32 млрд. кВт/ч (4%).
Производство электроэнергии на душу населения по ряду экономически развитых стран в 1994 г. составляло: Норвегия – 28 тыс. кВт/ч; Швеция – 16; США – 13; Франция – 8; Германия – 6; Италия – 4 тыс. кВт/ч. В России сейчас производится 5,8 тыс. кВт/ч на человека. Однако следует отметить, что, во-первых, это показатель производства электроэнергии, но не её потребления, во-вторых, показатель этот весьма изменчив в разных регионах: в Восточно-Сибирском экономическом районе он составляет более 15 тыс. кВт/ч, а в Северо-Кавказском – только 2,4.
Резкое снижение объемов строительства новых энергетических мощностей привело к тому, что около 40% оборудования электростанций выработало свой ресурс и требует реконструкции и технического перевооружения. Однако руководство РАО «ЕЭС России» утверждает, что российские энергетики сегодня обладают возможностью произвести более триллиона кВт/ч электроэнергии.
Основная часть электроэнергии используется промышленностью страны (1996 г.) – 51% всего производства. Почти 12% потребляется в коммунальном хозяйстве и в быту, около 9% использует транспорт (прежде всего электрифицированные железные дороги), 10% - сельское хозяйство.
1.2. Структура отрасли. За последние десятилетия структура производства электроэнергии в России медленно изменяется (Таблица 1.3.2).
Тепловые электростанции. Этот вид электростанций отличается надежностью, отработанностью процесса. Производство постоянно, нет сезонности, основную роль играют мощные ГРЭС.
Крупные ГРЭС размещаются, как правило, в районах добычи топлива и их мощность превышает 2 млн. кВт каждой. Важным принципом современного развития и размещения тепловых электростанций является изменение топливного баланса в пользу
Таблица 1.3.2 Структура производства электроэнергии в России.
Типы электростанций
1970
1980
1990
1997
Тепловые
77
73
70
68
Гидравлические
22
21
20
19
Атомные
1
6
10
13
большего использования газа. Все в меньшей степени будет использоваться в качестве котельно-печного топлива нефть, а также уголь.
Анализ размещения ТЭС на карте показывает, что в европейской части страны основными ареалами концентрации ГРЭС являются наиболее мощные индустриальные экономические районы: Центральный район, в котором преимущественно на привозном газе и мазуте работают такие ГРЭС, как Конаковская и Костромская, мощностью более 3 млн. кВт/ч каждая; Уральский район, в котором на местных и привозных углях, мазуте, газе работают Рефтинская, Троицкая, Ириклинская, Пермская ГРЭС, мощностью от 2,4 до 3,8 млн. кВт/ч; Поволжье – Заинская ГРЭС; Северо-западный район, где на привозном топливе работает значительное количество ГРЭС.
В восточных районах страны крупными тепловыми электростанциями являются ТЭС Канско-Ачинского ТПК: Назаровская, Красноярская, Березовская. Мощность Березовской ГРЭС-1 планировалась на уровне 6,4 млн. кВт/ч. Первый блок построен и вырабатывает электроэнергию. Целый куст ГРЭС строится на попутном и природном газе Западно-Сибирского ТПК. Две Сургутские ГРЭС имеют суммарную мощность более 6 млн. кВт. Вводятся в строй очередные блоки третьей Сургутской, Нижневартовской и Уренгойской ГРЭС.
Хотя тепловая энергетика ориентируется в основном на топливные базы, обладающие большими ресурсами дешевого топлива, с поставкой электроэнергии в районы потребления, в то же время работают ТЭС разной величины и на местных видах топлива: Нерюнгринская, Гусиноозерская, Харанорская в Дальневосточном районе и многие другие.
К тепловым электростанциям относятся и теплоэлектроцентрали, обеспечивающие теплом предприятия и жилье, с одновременным производством электроэнергии. Теплофикация обеспечивает экономию топлива, значительно увеличивая КПД электростанций (60% полезного использования топлива вместо 35% на ТЭС). ТЭЦ размещаются в пунктах потребления пара и горячей воды, поскольку радиус передачи тепла невелик (10-12 км). В настоящее время на теплоэлектроцентрали приходится около 1/3 мощности всех паровых турбин. Появились крупные ТЭЦ. Мощность более 1 млн. кВт имеют ТЭЦ-21, ТЭЦ-22 и ТЭЦ-23 Мосэнерго и Нижнекамская ТЭЦ.
В крупных промышленных центрах стали появляться газотурбинные электростанции, работающие на двигателях внутреннего сгорания, которые выгодно использовать для покрытия пиковых нагрузок. Для введения их в действие нужно всего 20 минут (паровой – 5-7 часов).
Гидравлические электростанции. ГЭС являются весьма эффективными источниками энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, обладают простотой управления и имеют высокий КПД (более 80%). В результате себестоимость производимой на ГЭС энергии в 5-6 раз ниже, чем на ТЭС.
Освоение гидроресурсов наиболее эффективно в восточных районах страны, что определяется сочетанием многоводности рек, горного рельефа территории, узости скальных русел и, следовательно, созданием большого напора воды. В результате себестоимость электроэнергии в 4-5 раз дешевле, чем в европейской части страны. ГЭС восточных районов играли первичную роль в освоении природных ресурсов и развитии производительных сил. На их основе созданы ТПК, специализирующиеся на энергоемких производствах.
Характерной чертой гидроэнергостроительства в стране являлось сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций с комплексным использованием гидроресурсов: для получения электроэнергии, снабжения производства и населения водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. Крупнейшими каскадами являются Волжско-Камский и Ангаро-Енисейский.
Крупнейшими гидроэлектростанциями являются ГЭС Восточно-Сибирского экономического района: Саяно-Шушенская, Красноярская, Братская, Усть-Илимская. Мощные ГЭС европейской части страны созданы на равнинных реках, в условиях мягких грунтов. Это, прежде всего, ГЭС на Волге: в Волгограде, Самаре, Саратове, Чебоксарах, Воткинске и др., всего 13 гидроузлов общей мощностью 11, 5 млн. кВт.
В европейской части страны перспективно развитие нового вида гидроэлектростанций – гидроаккумулирующих (ГАЭС). Электроэнергия на ГАЭС производится за счет перемещения массы воды между двумя бассейнами, размещенными в разных уровнях и соединенных водопроводами. В ночное время, за счет излишков электроэнергии, вырабатываемой на постоянно работающих ТЭС и ГЭС, вода из нижнего бассейна по водопроводам, работающим как насосы, закачивается в верхний бассейн. В часы дневных пиковых нагрузок, когда энергии в сети не хватает, вода из верхнего бассейна по водопроводам, работающим уже как турбины, сбрасывается в нижний бассейн с выработкой энергии. Это один из немногих способов аккумуляции электроэнергии и поэтому ГАЭС строятся в районах ее наибольшего потребления. В эксплуатацию введена Загорская ГАЭС, общая мощность которой составляет 1,2 млн. кВт.
Атомные электростанции. Важной особенностью развития электроэнергетики на современном этапе является строительство АЭС. Их доля в суммарной выработке электроэнергии в нашей стране составляет 13%
На наших АЭС эксплуатируются реакторы 3-х основных типов: водо-водяные (ВВЭР), большой мощности канальные – уроно-графитовые (РБМК) и на быстрых нейтронах (БН). ВВЭР (12блоков) считаются надёжными, но только ВВЭР на Нововоронежской, Кольской, Тверской имеют защитные колпаки. Такой колпак при аварии на «Тримал-Айленд» (США, 1979г.) не допустил радиоактивного выброса. Наиболее опасными являются РБМК, которые по экономическим и техническим причинам нельзя защитить колпаком. В этом состоит трагедия атомной энергетики в нашей стране, избравшей в своем развитии изначально порочный путь.
В настоящее время в России на 9 атомных станциях эксплуатируется 29 энергоблоков. Крупнейшими АЭС являются Санкт-Петербургская (г. Сосновый Бор) – 4 млн. кВт (РБМК); Курская (г. Курчатов) – 4 млн. кВт (РБМК); Балаковская (Саратовская обл.) – 4 млн. кВт (ВВЭР); Смоленская – 3 млн. кВт (РБМК); Тверская (г. Удомля) – 2 млн. кВт (ВВЭР);Нововоронежская – 1,8 млн. кВт (ВВЭР); Кольская (г. Кандалакша) – 1,8 млн.кВт (ВВЭР).
Энергосистемы. Важной чертой современного развития электроэнергетики является сооружение электроэнергетический систем, их объединение и создание в стране единой энергетической системы.
Энергосистема – это комплекс тепловых, гидравлических, атомных электростанций, объединенных между собой высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП). Создание мощных ЛЭП экономически выгодно: способствует территориальному рассредоточению производства и, следовательно, рациональному использованию природных ресурсов всех районов страны; повышается надежность снабжения электроэнергией народного хозяйства, выравниваются суточные и годовые графики потребления электроэнергии.
РАО «ЕЭС России» – крупнейшая в мире энергосистема, имеющая в своем потенциале 600 тепловых, 100 гидроэлектростанций и 9 атомных.
1.3. Проблемы развития отрасли. Ряд первоочередных проблем в отрасли относится к общеэкономическим: сокращается прирост мощностей; не производится замена, модернизация работающего оборудования; ряд районов испытывает трудности с обеспечением электроэнергией.
Необходимы поиски и внедрения более эффективных путей передачи электроэнергии, например, использование явления высокотемпературной сверхпроводимости.
Все современные способы производства электроэнергии имеют массу недостатков и работа ТЭС, ГЭС, АЭС сопровождается рядом отрицательных экологических последствий.
ТЭС. Имеют низкий КПД – не более 35%, что вызывает необходимость добычи огромных объемов топлива, а это значительные затраты труда, металла, земли, перегруженность транспорта, сжигание нефти, большие потери энергии при ее передаче – до 10% на каждую тысячу километров ЛЭП.
Кроме того, работа ТЭС ведет к загрязнению природного окружения, прежде всего загрязнению воздуха сернистым ангидридом, превращающимся в серную кислоту и золой, способствует «парниковому эффекту». Характерны для тепловой энергетики выбросы наиболее токсичных веществ – пятиокиси ванадия и бенз(а)пирена. Велики объемы сброса загрязненных сточных вод и золошлакоотвалов.
Необходимо улучшать существующие способы сжигания топлива, например, разрабатывать и применять технологии сжигания бурого угля в кипящем слое, МГД-генераторы, где струя плазмы в магнитном поле непосредственно генерирует ток и , следовательно, тепловая энергия прямо преобразуется в электрическую, минуя механический участок цепи.
Следует добиваться эксплуатации пылеочистного оборудования с максимально возможным КПД, при этом образующуюся золу эффективно использовать в качестве сырья при производстве строительных материалов.
ГЭС. Строительство водохранилищ связано с потерями большого количества плодородных земель на равнинах. В горах такое строительство, как считают ряд специалистов, может вызвать землетрясение в результате усиления тектонического давления массы воды на земную кору. Сокращаются рыбные запасы. Вода обедняется кислородом и становится почти безжизненной.
Перспективно строительство сравнительно небольших электростанций, работающих в автоматическом режиме, прежде всего в горной местности, а также – обваловка водохранилищ для освобождения плодородных земель.
АЭС. Ядерная энергетика имеет большие перспективы в развитии термоядерных электростанций. Это практически вечный источник энергии, почти безвредный для окружающей среды. Пределы ставит лишь ограничение возможности производства добавленной энергии. В основе – ядерный синтез в противоположность ядерному распаду на современных АЭС. Процесс реализован пока лишь в водородной бомбе. Плазму, разогретую до 100 млн. градусов, необходимо достаточно долго удерживать в рабочем состоянии. В современных «токамаках» достигнуты температуры порядка 60 млн. градусов и процесс идет лишь доли секунды. В разработке международного токмана ИТЭР объединяют усилия ученые США, Европы, Японии, России.
Альтернативная или нетрадиционная электроэнергетика. К наиболее современной, экологически чистой энергетике будущего относятся геотермальные, солнечные, ветровые, приливные, биогазовые, водородные электростанции.
Геотермальные электростанции используют тепло земных недр, где температура повышается на один градус через каждые 33 метра вглубь. Пока используются в основном естественные термальные воды. Например, на Камчатке работает Паужетская ГеоТЭС – старая, несовершенная, но дающая самую дешевую энергию. АО «Геотерм» начато строительство Мунтовской ГеоТЭС. Решено построить 7 блоков общей мощностью 92 МВт. Зпапсы термальных вод в стране велики – только в недрах Западной Сибири имеется целое море кипятка, превосходящее по объему Средиземное.
Однако основным направлением в геотермальной энергетике является использование сухих раскаленных пород в глубине Земли. Бурение сверхглубоких скважин, закачка воды, её разогрев и подача пара по параллельной скважине – замкнутый цикл. Эта работа начата в США, Японии, Италии, Новой Зеландии.
Солнечная энергия пока используется в основном для низкотемпературного нагревания воды при отоплении жилищ. Первая наша СЭС была построена в Крыму. Работала она на гелиостатах – нагревание сфокусированными солнечными лучами воды в емкости, а дальше – обычный процесс производства электроэнергии с помощью пара.
Разработаны уже более эффективные пути использования гелиоэнергии – непосредственное преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлементов. Использование в фотоэлементах полупроводников на основе галлия позволяет получать КПД порядка 12%. В Японии строятся первые СЭС такого типа.
Приливно-отливные электростанции используют энергию напора воды, который создается между морем и отсеченным от него плотиной заливом. Первой такой станцией является Кислогубская ПЭС (400 кВт), которая назодится в хорошем состоянии.
2. Воздействие на окружающую среду.
ТЭК России – один из крупнейших в промышленности загрязнителей окружающей среды: в 1997 г. на его долю пришлось 47,7% общих выбросов вредных веществ в атмосферу в промышленности (39,1% - по России) и до 70% парниковых газов, 27% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные объекты и более 30 % твердых отходов. Большое количество отходов, образовавшихся на предприятиях ТЭК в предыдущие десятилетия, находится в отвалах и шламонакопителях. В электроэнергетике, например, в отвалах накоплено свыше 1,2 млрд. т золошлаковых отходов.
2.1. Выбросы в атмосферу. По данным Госкомстата России суммарный объем выбросов вредных веществ в атмосферу предприятиями энергетической, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, газовой и угольной отраслей снизился почти на 6,1% по сравнению с предыдущим годом (93,9% к уровню 1996 г.) и составил 7558,5 тыс. т , из них 58,6% - выбросы предприятий тепло- и электроэнергетики. Незначительное повышение выбросов вредных веществ зафиксировано только в нефтедобывающей промышленности, которая опередила в 1997 г. остальные отрасли ТЭК по приросту выбросов твердых веществ (на 27,4%), оксидов азота (на 19,3%), сернистого ангидрида (на 16,0%) и оксида углерода (на 10,3%)
Из 316 предприятий – основных загрязнителей атмосферного воздуха почти половина (49,4%) приходится на ТЭК.
В 1997 г. на предприятиях электроэнергетики образовалось 8,1 млн.т токсичных отходов, нефтеперерабатывающей промышленности – 0,76 млн. т, газовой – 0,06 млн.т, угольной промышленности – 0,15 млн. т.
Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу и во время пребывания там ведущие себя по-разному (изменяется температура, свойства, фазовые и агрегатные состояния, образуются и разлагаются химические соединения, смеси) называются примесными выбросами.
Происходящие в продуктах сгорания при движении их в пределах энергоустановки, изменения обусловлены высокими абсолютными температурами, большими перепадами температур, высокими скоростями движения, взаимодействием с конструкционными материалами (огнеупорные и изоляционные материалы, металлы и сплавы), а также взаимодействиями, происходящими в этих условиях.
При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.
В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.
2.1.1.Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота.
Окислы углерода практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. К числу примесей относятся, прежде всего, окись и двуокись углерода. Свойства СО2 и СО, как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются избирательностью в небольших участках спектра. Так, для СО2 при нормальных условиях характерны три полосы селективного поглощения излучения в диапазонах длин волн: 2,4-3,0; 4,0-4,8; 12,5-16,5 мкм. С ростом температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, так как уменьшается плотность газа.
Сера. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид - SO2. Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений, содержащихся в уходящих газах котлоагрегатов. Его удельная масса составляет 2,93 кг/м^3, температура кипения 195 гр. по Цельсию. Продолжительность пребывания SО2 в атмосфере сравнительно невелика. В присутствии аммиака и некоторых других веществ время жизни SО2 исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15-20 суток.
Воздействие серы на людей, животных и растения, а также на различные вещества разнообразна и зависит от концентрации и от различных факторов окружающей среды.
Азот. В процессе горения азота образует с кислородом ряд соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, свойства которых существенно различаются (табл. 2.1.).
Время существования окислов азота характеризуется сроком от 100 часов до 4,5 лет.
Аэрозоли подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые в атмосферу, и вторичные - образуемые при превращениях в атмосфере. Время существования аэрозолей в атмосфере колеблется от минут до месяцев, в зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли на высоте 1 км существуют 2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких месяцев.
2.1.2.Выбросы твердых частиц. Размеры частиц могут сильно отличаться. Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и свойств, а также от свойств воздуха. Значительная доля примесей выпадает вблизи источника. Для тяжелых примесей характерна меньшая зависимость от толщины приземного слоя, чем для легких. Вследствие большой дисперсности частиц максимумы их концентрации разнесены в пространстве.
2.1.3.Выбросы влаги. Поступление влаги в атмосферу от энергетических объектов вызывается различными процессами, имеющими различные температуры и энергии (сгорание топлива, продувки, протечки и др.).
Поведение влаги в атмосфере, в свою очередь, отличается разнообразием и связано с локальными концентрациями и фазовыми переходами. Как и другие газообразные вещества, водяной пар имеет линейчатый спектр поглощения. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощающая способность уменьшается.
Количественная оценка поведения влаги в атмосфере может производиться только на фоне естественного атмосферного влагосодержания, которое зависит от взаимодействия с гидросферой и литосферой, а также с тепловыми процессами.
Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу подвергаются наиболее детальному и глубокому изучению.
2.2. Выбросы на земную поверхность и в гидросферу. Можно выделить несколько групп наиболее важных взаимодействий энергоустановок с конденсированными компонентами окружающей среды:
- водопотребление и водоиспользование, обуславливающие изменение естественного материального баланса водной среды (перенос солей, питательных веществ и др.).
- осаждение на поверхность твердых выбросов продуктов сгорания органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, ее цветности, альбедо и пр.
- выпадение на поверхность в виде твердых частиц и жидких растворов продуктов выбросов в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков; металлов и их соединений; канцерогенных веществ.
- выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов сжигания твердых топлив (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола и пр.).
- выбросы на поверхность воды и суши жидких и твердых топлив при транспортировке, переработке, перегрузке.
- выбросы твердых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемые условиями их распространения в гидро - и литосфере.
- выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: локальное постоянное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределений осадков, испарений, туманов.
- создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов- охладителей, что вызывает: изменение качественного и количественного состава речных стоков; изменение гидрологии водного бассейна; увеличение давления на дно, проникновение влаги в разломы земной коры и изменение сейсмичности; изменение условий рыболовства, развития планктона и водной растительности; изменение микроклимата; изменения условий отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.
- изменение ландшафта при сооружении разнородных энергетических объектов, потреблении ресурсов литосферы в том числе: вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов; взаимодействие берегов с водохранилищами.
- воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шельфов.
Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между гидро -, лито- и атмосферой.
Приведенная группировка разнородных влияний энергетики на гидро - и литосферу условна, так как все указанные взаимодействия связаны между собой и каждое взаимодействие не может рассматриваться изолированно, что затрудняет и количественные оценки.
В соответствии с принятыми моделями анализа взаимодействия энергетических установок с окружающей средой, раздельно рассмотрим влияние ТЭС и АЭС.
ТЭС. Из анализа общих схем взаимодействия энергетических установок с окружающей средой следует, что основным фактором взаимодействия ТЭС с водной средой является потребление воды техническими системами 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, химводоотчистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 7% общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения.
Водный баланс ТЭС зависит от организации системы технического водоснабжения. Для системы гидрозолоудаления используется вода из системы охлаждения подшипников. На химводоотчистку может поступать циркуляционная вода после выхода ее из конденсаторов.
При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300МВт образуется до 10 тыс. кубических метров разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.
Ведущиеся наблюдения и исследования выявляют воздействие ТЭС на водный бассейн в зависимости от конструкции подводящих и отводящих каналов, фильтров, сбросных устройств.
АЭС. Радиационное воздействие сбросов ядерных энергетических установок на водную среду наиболее полно рассмотрено в трудах симпозиума, проведенного в 1975 году МАГАТЭ, где указаны пути поступления радионуклидов в гидросферу, их распространение и роль в различных компонентах гидросферы. Особое внимание уделено радиоактивным изотопам плутония, что объясняется перспективностью этого горючего для АЭС с реакторами на быстрых нейтронах. В исследовании воздействия АЭС на водный бассейн используется также способность некоторых растений и веществ (растворенных в воде и содержащихся в донных отложениях) накапливать радиоактивные изотопы в концентрациях, на несколько порядков превышающих равновесные в окружающей воде.
Двухступенчатая система обработки жидких радиоактивных отходов с коэффициентами дезактивации 10^2 на 1-ой ступени и 10^4 на 2-ой обеспечивает извлечение плутония из воды до концентрации, ниже допустимой. По данным Аргонской национальной лаборатории, в озере Мичиган, на берегах которого расположено восемь ядерных реакторов, суммарная концентрация долгоживущих радионуклидов намного меньше естественного фона. Природное состояние по этому параметру не нарушается.
Результаты других явлений выявили неблагоприятные показатели. Например, сбросы плутония в Ирландское море примерно в тысячу раз выше фонового уровня глобальных выпадений.
Опубликованные материалы исследований в целом приводят к выводу, что при существующих уровнях воздействия ядерной энергетики на гидросферу (и методы контроля выбросов) освоенные типы ядерных энергетических установок не представляют собой угрозы нарушения локальных или глобальных равновесных процессов в гидросфере и ее взаимодействия с другими оболочками Земли.
Все другие виды воздействий АЭС на гидро - и литосферу, не связанных с радиоактивностью (влияние системы водоснабжения, подводящих и отводящих каналов, фильтров), качественно не отличаются от аналогичных воздействий ТЭС.
Основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающих на поверхность гидро - и литосферы, являются твердые 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 гидро - и литосферы является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.
В таблице 2.2 приведен основной состав золы твердых топлив, сжигаемых в топках котлов ТЭС некоторых стран СЭВ.
Важную роль в загрязнении гидросферы играет нефтяная промышленность. С середины текущего столетия началось интенсивное развитие добычи нефти и газа в зоне шельфов. В 1960 году морские нефтяные промыслы имели 7 стран и 16 стран вели разведку нефти и газа, к 1975 году эти цифры увеличились соответственно до 28 и 75. В 45 странах ведется бурение в открытом море. В мировой добыче нефти доля из морских месторождений достигла 20%. Предполагается, что в 2000 году она превысит 30%.
По оценкам экспертов ООН, в процессах добычи, переработки, транспортировки выбросы нефтепродуктов в водный бассейн достигают десятков миллионов тонн в год, в том числе из танкеров не менее миллиона тонн в год.
В Балтийское море ежегодно сбрасывается около 10 тыс.т, в Средиземное море - около 300 тыс. т нефти. Примерно 4,5 млн.т нефтепродуктов поступает в моря и океаны со сточными водами суши.
Благодаря своим физико-химическим свойствам, нефтепродукты быстро распространяются по поверхности воды, образуя пленки толщиной до долей миллиметра. Легкие отдельные фракции нефтепродуктов испаряются, и толщина пленки может уменьшаться до молекулярных размеров. Тончайшие пленки на спокойной поверхности сохраняют высокую устойчивость.В связи с неопределенностью состава загрязнений гидросферы и различными условиями и длительностью их существования отсутствует единый взгляд на условия примесных выбросов в гидросфере.
В целом можно отметить, что в настоящее время отсутствуют объективные критерии оценок значимости воздействия примесных выбросов на поверхность гидро - или литосферы, как в региональном, так и в глобальном масштабе. Основные факторы воздействия энергетических объектов на поверхность и массу литосферы показаны в таблице 3.3.
Таблица 2.3. Факторы воздействия энергетических объектов на литосферу.
объект
фактор воздействия
ТЭС на органическом
А. Добыча топлива (образование шахт и терриконов)
топливе
Б. Переработка и транспортировка топлива
В. Нарушение устойчивости грунта работой
механизмов
Г. Изъятие территорий (строительство зданий,
прокладка подводящих и отводящих каналов,
дорог и пр.)
Д. Загрязнение отходами (образование золоотвалов,
выгрузка продуктов переработки топлива и др.)
Е. Изменение альбедо поверхности.
АЭС
А. Добыча ядерного топлива
Б. Переработка и транспортировка топлива
В. Нарушение устойчивости грунта работой
механизмов
Г. Изъятие территорий
Д. Захоронение отходов
ГЭС
А. Строительство плотин
Б. Создание водохранилищ
В. Изменение сейсмичности
Г. Воздействие на подземные воды
Д. Изменение альбедо поверхности
Линии электропередач
А. Изъятие территорий
и электроподстанции
Б. Вырубка лесов
В. Возникновение блуждающих потоков
Г. Возникновение шумов
Д. Образование зон повышенной напряженности
электромагнитных полей
Теплотрассы
А. Изъятие территорий
Б. Изменение термического режима
Заключение
Итак, несмотря на то, что неисчерпаемые источники имеют огромный энергетический потенциал, человек для удовлетворения своих нужд использует в основном невозобновимые источники энергии. Как следствие, возникает необходимость их рационального использования и контроля за выбросами. В нашей стране и во всем мире эксплуатация полезных ископаемых в большинстве случаев идет иррационально. В результате этого окружающей среде наносится непоправимый вред. Примером может служить появление парникового эффекта. Все это может привести к еще большему ухудшению экологической обстановки, исчерпанию природных ресурсов и, в конечном счете, к энергетическому кризису и тепловой катастрофе. Наиболее приемлемым и возможным в данной ситуации выходом из создавшегося положения может стать переход к нетрадиционным, неисчерпаемым и экологически чистым источникам энергии: солнечная энергия, энергия ветра, Мировой океан и т.д.
Список литературы
1. Антропов П. Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. 1980г.
2. Берковский Б. М. Возобновимые источники энергии на службе у человека. 1987г.
3. Будыко М. И. Глобальная экология. 1977г.
4. Горшков В. Г. Теоретические и общие вопросы географии. Том 7. 1990г.
5. Скалкин Ф. В. Энергетика и окружающая среда. 1989г.