Курс лекций по дисциплине Общая энергетика для специальностей

Тема 2.2. Энергетическое производство и окружающая среда

2.2.1. Экология

Существует образное выражение, что мы живём в эпоху трёх «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает всё более и более пристальное внимание человечества.

Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всём их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, но и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества.

Термин «экология» был введён в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос ― дом, жилище, логос ― учение). По этой причине экологию иногда связывают только с учением о среде обитания (доме) или окружающей среде. Но среду нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне их среды обитания. Поэтому экология как наука определяется взаимоотношением организмов и среды как единое целое.

С момента появления «Экология» развивалась в рамках биологии на протяжении целого века, вплоть до 70-х годов ХХ века. Человек при этом не рассматривался, так как полагалось, что его взаимоотношения со средой подчиняются не биологическим, а социальным закономерностям и являются объектом общественно-филосовских наук. В настоящее время термин «экология» существенно изменился. Экология стала больше ориентированной на человека и его влияния на окружающую среду.

Какие же задачи призвана решать наука экология в настоящее время?

1. Изучение взаимоотношений организмов, в том числе и человека, с окружающей средой.

2. Определение масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на окружающую среду.

3. Возможность уменьшения воздействий человека на среду или их полная нейтрализация.

4. Выживание человечества и выход из экологического кризиса, который приобрёл глобальные масштабы в пределах всей планеты Земля.

5. Раскрытие закономерностей, которые формируют и сохраняют окружающую среду, так как человек об этом ещё мало знает.

Экология при этом должна рассматриваться как самостоятельная дисциплина, а как мировоззрение, призванное пронизывать все науки, технологические процессы и сферы деятельности людей. Необходимо проводить экологическое образование и воспитание людей, с которыми связывается бережное отношение к природе, культурному наследию, социальным благам.

Науку «Экология» можно разделить на три раздела: «Общая экология», «Социальная экология», «Социальная и прикладная экология». «Общая экология» изучает наиболее общие закономерности взаимоотношений организмов и их сообществ с окружающей средой в естественных условиях. «Социальная экология» рассматривает специфическую роль человека и других живых существ, пути оптимизации взаимоотношений человека с окружающей средой, а также теоретические основы рационального природопользования. «Социальная и прикладная экология» изучает изменённые человеком природные системы и среды, и определяет, что ждёт человечество в результате воздействия человека на окружающую среду, включая живые организмы и растительный мир.

Развитие экологии как науки имеет длительную историю. По своей сути экологичными труды первых учёных ― естествоиспытателей, искавших зависимости между свойствами живых существ и условиями их обитания: Аристотель (384÷322 г. до нашей эры), его ученик — ботаник Теофраст (371÷280 г. до нашей эры). Много ценных материалов предоставили учёные — натуралисты, занимавшиеся описанием и систематизацией растений и животных.

Особо следует выделить труд Чарльза Дарвина «Происхождение видов» (1859 г.), в котором большое внимание уделяется приспособлениям и взаимоотношениям различных организмов. Э. Геккель, вводя термин «экология», отмечал, что одной из задач данной науки является исследование всех тех взаимоотношений организмов, которые Дарвин условно обозначил как борьбу за существование.

Из отечественных учёных наиболее существенный вклад в развитие отдельных подразделов общей экологии внесли исследования почвоведа — географа Василия Докучаева (1846÷1903 гг.) и его учеников: Г. Морозова, Г. Высоцкого и В. Вернадского. Докучаев показал тесную взаимосвязь живых организмов и неживой природы. Например, вырубив леса, исчезнет определённый вид животных, начнётся засуха. Вернадский стал автором учения о биосфере и закономерностях её существования, устойчивости и развития.

Одно из первых высказываний, относящихся к сфере социальной экологии, принадлежит французскому естествоиспытателю — эволюционисту Жану-Батисту Ламарку (1744÷1829 гг.). Он впервые обратил серьёзное внимание на специфическую роль человека и её возможные катастрофические последствия. Он писал, что «назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Таким образом, человек должен думать не только о себе, но и о будущем своих детей, внуков, правнуков и т.д., не насиловать и не засорять природу, не истреблять животный мир. Он должен бережно относиться к окружающей среде, тогда человечество на планете Земля просуществует ещё много тысячелетий.

2.2.2. Экологические проблемы энергетики

и влияние человека на окружающую среду

Энергетика ― это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения удваивается за 40÷50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 15÷20 лет. Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшем будущем существенно изменятся. Некоторое замедление их в промышленно развитых странах, в том числе и в России, компенсируется ростом энерговооружённости стран третьего мира, поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

1. Какое влияние на биосферу и отдельные её элементы оказывают основные виды современной энергетики (тепловой, водной, атомной) и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе?

2. Можно ли уменьшить отрицательное воздействие на окружающую среду современных традиционных методов получения и использования энергии?

3. Каковы возможности производства энергии за счёт альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как солнечная энергия, энергия ветра, энергия термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым?

Рассмотрим, что такое биосфера. Биосфера ― это оболочка Земли, охватывающая нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть литосферы, населённая живыми организмами, то есть область существования живых существ. Биосфера включает в себя гидросферу (8÷10 км), атмосферу (10÷15 км), литосферу (10 м÷3 км). Она представляет собой открытую термодинамическую систему, через которую проходит поток энергии от Солнца.

Человек начал изменять окружающую среду ещё десятки тысяч лет назад. Истребление некоторых видов животных, например, гигантского оленя, шерстистого носорога, стало, вероятно, первым значительным воздействием, которое человек, ещё не знавший земледелия, смог оказать на природу. Список уничтоженных человеком видов пополняется на протяжении всей истории человечества и продолжает увеличиваться в наше время. За последние 300 лет с лица Земли навсегда исчезли млекопитающие 36 видов, птицы 94 видов, безпозвоночных и растений несколько тысяч.

В Нью-Йоркском зоопарке устроено специальное символическое «кладбище» истреблённых человеком видов. На «кладбище» установили 200 надгробных камней с названием видов животных, вымерших за последние 400 лет. По подсчётам учёных Королевского ботанического сада Великобритании к 2050 году исчезнут тещё около 20 тысяч видов растений.

Когда из охотника и собирателя человек превратился в земледельца, степень его воздействия на природу многократно возрастает. Он стал активно сжигать и вырубать леса, распахивая землю под посевы, удобряя поля золой деревьев или используя древесину для строительства.

Столетиями существовал особый промысел ― поиск строевого (мачтового) леса. В России при Петре I нашедшему мачтовый лес полагалась награда ― 2 рубля (стоимость трёх коров). По всей Европе самые высокие и крепкие деревья шли под топоры дровосеков. Происходил целенаправленный «отрицательный отбор»: леса вырождались. В настоящее время в Германии, Франции, Болгарии лесов практически не осталось. Для строительства испанской «Непобедимой армады» было вырублено 500 тысяч лучших вековых дубов. Интересно, что в России одновременно с массовыми вырубками леса для военного флота при Петре I были изданы весьма жёсткие законы, направленные против самовольной порубки деревьев. Порубщикам грозили наказания кнутом, вырывание ноздрей, штраф (например, за вырубку одного ствола дуба ― 15 рублей).

В настоящее время природоохранительные меры предусмотрены в земельном, лесном и других законодательствах. В международном масштабе созданы международные организации по отдельным проблемам охраны природы. Действует программа ООН по окружающей среде, международный союз охраны природы и природных ресурсов, независимая международная экологическая общественная организация «Гринпис». Она основана в 1971 году активистами из Канады и США, имеет отделения в 25 странах, а в России основана в 1990 году.

За последние 100 лет площадь лесов на Земле сократилось вдвое. Каждую минуту в мире вырубается 20 гектаров леса. Но вот что примечательно. В Швеции за последние 100 лет площадь лесов удвоилась. Здесь сажают 50 деревьев в год на каждого жителя страны. В Англии примерно то же самое.

Между тем ещё в 1309 году индеец по имени Пульча Кито, житель Тепочтитлана, был осуждён за то, что прямо в черте города выжигал древесный уголь. Ему присудили смертную казнь. Это ацтеки.

В пересчёте на каждого жителя Земли в атмосферу планеты ежегодно выбрасывается 30 т двуокиси серы, 200 кг соединений свинца, 50 т пыли. Ежегодно сжигается свыше одного миллиарда тонн условного топлива.

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счёт трёх видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используется человеком после превращения её в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключённой в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть её превращается в электрическую. Однако и в том и другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, а следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.

2.2.3. Экологические проблемы тепловой энергетики

Теплоэнергетику справедливо называют основой основ технического прогресса. На тепловых электростанциях вырабатывается около 90% общего объёма электроэнергии. Эта отрасль стоит на первом месте и по масштабам воздействия на окружающую среду. Тепловые электростанции, потребляя свыше 1/3 добываемого в мире топлива, могут оказать существенное влияние как на атмосферу окружающих районов, так и на биосферу в целом.

Технология производства электроэнергии на тепловых электростанциях с использованием органических топлив связана с превращением практически всех затраченных материальных ресурсов и большей части энергии топлива в отходы, выбрасываемые в окружающую среду, в том числе и тепловые сбросы. Уменьшение количества теплоты, отводимой с охлаждающей водой, достигается при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии на ТЭЦ. Однако в любом случае существенным в защите естественных водоёмов и рек от вредного теплового воздействия является переход от прямоточных систем водоснабжения к оборотным. Источниками загрязнения атмосферы являются производственные стоки и вредные выбросы продуктов сгорания.

К сточным водам тепловых электростанций относятся следующие воды: содержащие нефтепродукты, после обмывки поверхностей нагрева паровых котлов, сбросные после установок химической очистки, консервации и промывок оборудования, а также систем гидрозолоудаления.

Количество сточных вод, содержащих нефтепродукты, не зависит от мощности станции и типа оборудования, хотя при использовании жидкого топлива оно несколько выше, чем для ТЭС на твёрдом топливе. В то же время в основном количество их зависит от качества монтажа и эксплуатации оборудования электростанции.

Совершенствование конструкции оборудования, тщательное соблюдение правил его эксплуатации позволяют снизить до минимальных значений количество поступающих в сточные воды нефтепродуктов, а применение различного типа ловушек и отстойников позволяет исключить их попадание в окружающую среду.

Например, для ТЭС с охлаждающей водой сбрасывается от 4 до 7 кДж теплоты на каждый 1 кВт·час выработанной электроэнергии. По санитарным нормам тепловые сбросы не должны повышать собственную температуру водоёма более чем на 5⁰С в зимнее время и 3⁰С в летнее.

Итак, какие же сбросы вредных веществ производятся от тепловых электростанций?

1. Выбросы в атмосферу летучей золы, двуокиси серы, окислов азота.

2. Сбросы в природные водоёмы различных сточных вод.

3. Сбросы в водоёмы и водостоки больших количеств тепла, главным образом после конденсаторов, а также различных охладителей (тепловое загрязнение).

Наибольшие выбросы вредных веществ имеют место у крупных конденсационных электростанций, расположенных, как правило, в относительно малонаселённых местностях с ограниченным количеством других источников загрязнения атмосферы (заводов, фабрик и т.д.). Эти электростанции, имея громадные мощности, потребляют наименее ценные сорта топлива, являются источниками огромных выбросов золы, сернистого газа и окислов азота.

В нашей стране преимущественное применение получило комбинированное тепло и электроснабжение городов от ТЭЦ. Комбинированная выработка электроэнергии и тепла позволяет существенно сократить расход топлива на энергоснабжение, обеспечить наиболее совершенные способы сжигания, очистки и выброса дымовых газов в высокие слои атмосферы, что недостижимо при наличии многочисленных котельных и бытовых печей.

Вместе с тем энергоснабжение от ТЭЦ увеличивает количество топлива, сжигаемого в зоне расположения города, и требует специальных мероприятий по снижению концентраций вредных веществ в дымовых газах с учётом фоновой загазованности от других источников.

В выбросах тепловых электростанций содержится также значительное количество металлов и их соединений. При пересчёте на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 миллионов доз, железа ― 400 миллионов доз, магния ― 1,5 миллиона доз. Смертельный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния на всё живое через воду, почву и воздух.

Таким образом, тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, включая человека, растения и другие организмы и их сообщества.

Серьёзные экологические проблемы связаны с твёрдыми отходами тепловых электростанций ― золой и шлаком. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, всё же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей, которые способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности, а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы тепловых электростанций являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. Такие абразивные материалы как окислы кремния и алюминия способны разрушать лёгочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи пылеугольных ТЭС.

Серьёзную проблему вблизи тепловых электростанций представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжёлых металлов.

В районе расположения крупной теплоэлектростанции в воздушный бассейн попадают шумы в основном от источников, расположенных на открытом воздухе. Сюда относятся периодические сбросы пара через предохранительные клапаны, продувка барабанных парогенераторов, постоянный шум от повышающих трансформаторов, градирен. Особенно вреден шум от осевых дымососов, который может распространяться на большое расстояние. На окружающую среду могут оказывать некоторое влияние электромагнитные поля высоковольтных линий электропередачи между тепловой электростанцией и потребителями электрической энергии.

Министерством здравоохранения и социального развития Российской Федерации установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, которые являются практически безвредными для людей, животных и растительности. Максимальная разовая норма относится к двадцатиминутному времени отбора пробы, среднесуточная ― к 24 часам. Поскольку максимум концентрации вредных веществ перемещается по территории в зависимости от направления ветра, состояния атмосферы, а значение максимума зависит от режима работы оборудования, погодных и других факторов, усреднённые по времени значения оказываются во много раз меньше максимальных разовых.

Для охраны здоровья людей, сохранения растительного и животного мира наибольшее значение имеет уменьшение среднего воздействия вредных выбросов за длительный период времени, например, за год.

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

Таким образом, охрана окружающей среды на современном этапе является одной из актуальнейших проблем не только в теплоэнергетике но и в других отраслях промышленности.

2.2.4. Город и охрана природы

Города возникли три тысячи лет назад. В древнейших городах нашей планеты Вавилоне и Иерусалиме уже существовали строжайшие правила по охране окружающей среды. Мастера-ремесленники создали совершенную систему водоснабжения, построили даже своеобразный мусоропровод. Примерно в это же время появляются и первые законы охраны природы: ограничения в кожевенном производстве, которое считалось самым ядовитым. Кузнецам и горшечникам разрешалось строить мастерские только за пределами городской черты, «дабы дым и копоть не отравляли воздух».

В городах Древнего Рима существовал ряд служб, которые сегодня с полным основанием можно назвать экологическими. В обеспечении водоснабжения города участвовали сотни людей. Они обслуживали сложные и дорогостоящие инженерные сооружения, подававшие воду в город из источников. Системы водоснабжения имели своеобразные механизмы очистки воды от биологических загрязнителей. Для подачи и накопления питьевой воды римляне использовали серебряные резервуары и трубопроводы. Конечно, за этими действиями не стояли научные знания по биологической очистке воды. А лишь многовековый опыт.

Случались и трагические ошибки. Так, в Московском Кремле в период с первой половины ХVI века по тридцатые годы ХVIII века действовал водопровод со свинцовыми трубами и резервуарами. Это послужило одной из важнейших причин высокого уровня детских смертей и наследственных уродств среди членов царской семьи, родившихся и выросших в Кремле.

В настоящее время накоплены десятки миллионов тонн золы и шлаков тепловых электростанций, а за год тепловые электростанции России за год выбрасывают в отвалы около 100 млн. т золы и шлака.

Повышение утилизации отходов является величайшей экономической и экологической задачей.

Затраты на организацию по переработке вторичного сырья в 2÷3 раза ниже, чем на строительство предприятий первичного сырья. Отходы углеобогащения, зола и шлаки тепловых электростанций повышают качество кирпича и цемента. Существенно возрастают их прочность, морозостойкость и долговечность возводимых сооружений.

Зола и шлаки занимают большие площади земель, неблагоприятно влияют на окружающую среду. В тоже время в них заключены огромные богатства. В них присутствуют различные ценные компоненты, вплоть до редких металлов. Золу можно использовать в качестве строительного материала. Она заменяет песок, глину, известь, щебень.

Например, для производства кирпича зола широко используется на Украине. Примерно 700 тыс. т золы идёт в качестве заполнителя для приготовления бетона и железобетона. Сотни тысяч тонн золы и шлака применяется в дорожном строительстве.

Ещё один пример. В Таллиннском политехническом институте в 80-х годах прошлого века разработана технология производства высокомарочного сланцезольного портландцемента, хорошо твердеющего при пропаривании. Этот цемент был использован в конструкциях сборного железобетона при строительстве Таллиннской телебашни, дымовой трубы Санкт-Петербургской атомной электростанции.

Из сланцевой золы теплоэлектростанций можно ежегодно получать 12 млн. т портландцемента. При этом можно сберечь примерно 690 млн. кВт·часов электроэнергии, свыше 1 млн. т условного топлива.

В хозяйственный оборот вовлекаются только одна десятая (1/10) часть золошлаковых отходов, менее 4% отходов углеобогащения. Вместо экономии материальных, топливно-энергетических ресурсов получаются огромные потери и прямые убытки, связанные со складированием отходов.

Выход может быть один: при строительстве новых тепловых электрических станций переходить на малоотходные и безотходные технологические процессы. Строительство комбинированных производств, например, тепловая электростанция и кирпичный завод, целесообразно в районах сосредоточения тяжёлой промышленности с большой потребностью в строительных материалах, изделиях и конструкциях.

Как вы знаете, на месте золоотвала Владивостокской ТЭЦ-1 сооружена стоянка для автотранспорта.

Таким образом, шлаки и зола от тепловых электрических станций ― это вторичные ресурсы для строительной и других отраслей промышленности.

2.2.5. Экологические проблемы гидроэнергетики

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных земель под водохранилища. В России, где за счёт использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. Га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.

Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек. Так, Волга практически на всём протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.

Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по разным причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счёт ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, часть почвы и т.д.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена.

В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что усиливает потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Всё это создаёт условия для зарастания водоёмов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых синезелёных (они называются цианями). Ухудшение качества воды ведёт к гибели многих её обитателей.

Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50÷100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина в Египте, построенная на Ниле в 60-е годы прошлого века, будет наполовину заилена уже к 2025 году. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых районах испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км³ воды. Это примерно 2÷3 годовые нормы потребления воды городом Москва.

С повышением испарения связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые бахчевые культуры не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений.

Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 году в Индийском штате Гунжарат в результате прорыва плотины вода унесла 15 тыс. жизней людей.

2.2.6. Экологические проблемы ядерной энергетики

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам АЭС относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, так как их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объёмами.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. В среднем они в 2÷4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности. К маю 1986 года 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 года главную экологическую опасность стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается.

После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все 12 действующих реактора, хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко снизились темпы развития ядерного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. В настоящее время в мире действует свыше 570 атомных реакторов.

На территории России расположено более 10 АЭС, включающих более 30 реакторов. Из них 25 реакторов приходится на наиболее населённую европейскую часть страны. Из них 11 реакторов относится к типу РБМК. На Чернобыльской АЭС произошло разрушение реактора этого типа.

В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5÷1,5% ядерного топлива. Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы вырабатывает около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Неизбежный результат работы АЭС ― тепловое загрязнение. На единицу получаемой энергии на АЭС тепловое загрязнение в 2,0÷2,5 раза больше, чем на тепловой электростанции, где значительно больше тепла отводится в атмосферу. Следствием больших потерь тепла на АЭС является более низкий КПД по сравнению с тепловыми электростанциями. На ТЭС он равен 35÷41%, а на атомных электростанциях ― только 30÷31%.

АЭС оказывают следующие воздействия на окружающую среду:

1. Разрушение экологических систем их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. д.) в местах добычи руд, особенно при открытом способе.

2. Изъятие земель под строительство самих АЭС; особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Например, для АЭС мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800÷900 гектар. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100÷120 м и высотой, равной сорокаэтажному зданию.

3. Изъятие значительных объёмов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, то в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения.

4. Не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

5. Изменение микроклимата в прилежащих районах от АЭС.

Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большое общественное значение имеют проблемы безопасности атомных электростанций, идущих на смену тепловым электростанциям на органическом ископаемом топливе.

Общепризнанно, что АЭС при их нормальной эксплуатации не менее чем в 5÷10 раз «чище» в экологическом отношении тепловых электростанций на угле. Однако при авариях атомные электростанции могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей и экологические системы. Поэтому обеспечение безопасности биосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АЭС является крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающей её будущее.

Особо важным является не только радиационные факторы возможных вредных воздействий АЭС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, то есть весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды, о которых мы уже говорили.

Исходными событиями, которые развиваясь во времени, в конечном счёте могут привести к вредным воздействиям на человека и окружающую среду, являются выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АЭС. Эти выбросы можно разделить на газовые, аэрозольные и жидкие, в которых вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелкодисперсных смесей, попадающие в водоёмы. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.

Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека.

2.2.7. Некоторые пути решения проблем современной энергетики

по охране окружающей среды

Это занятие является обобщающим по экологическим проблемам.

Тепловые электростанции в районе их расположения существенно влияют на окружающую среду и на состояние биосферы в целом. Предотвращение загрязнений летучей золой достигается очисткой всего объёма продуктов сгорания твёрдого топлива в высокоэффективных золоуловителях.

В ряде случаев достаточно эффективным решением вопросов очистки выбросов в атмосферу остаётся сооружение фильтров-уловителей и высоких дымовых труб. У дымовой трубы два назначения: первое ― создавать тягу и тем самым заставлять воздух, который является обязательным участником процесса горения, в нужном количестве и с должной скоростью входить в топку; второе ― отводить продукты горения в верхние слои атмосферы. Благодаря непрерывному турбулентному движению вредные газы и твёрдые частицы уносятся далеко от источника их возникновения и рассеиваются.

Несомненно, что в ближайшей перспективе тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи мы рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшить отрицательное воздействие на окружающую среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов.

В Российском законодательстве имеются документы, определяющие обязанности и ответственность организаций по сохранности, защите окружающей среды. Такие акты, как Закон об охране окружающей природной среды, Закон о защите атмосферного воздуха, Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами играют определённую роль в сбережении экологических ценностей. Однако в целом эффективность природоохранных мероприятий в нашей стране, мер по предотвращению случаев высокого загрязнения окружающей среды оказывается очень низкой.

В условиях живой природы, постоянной борьбы за топливные ресурсы потеря жизнестойкости организмов грозит потерей ослабленной популяции, например, насекомых, за которой может развиться цепь потерь других взаимодействующих популяций, например, птиц.

Итак, экологическая безопасность ― это необходимая и достаточная защищённость экологических систем от вредных техногенных воздействий.

Современный уровень знаний, а также имеющиеся и находящиеся в стадии разработок технологии дают основание для оптимистических прогнозов, а именно: человечеству не грозит тупиковая ситуация ни в отношении исчерпания энергетических ресурсов, ни в плане порождаемых энергетикой экологических проблем. Есть реальные возможности для перехода на альтернативные источники энергии, которые ― неисчерпаемы и экологически чисты. С этой позиции современные методы получения энергии можно рассматривать как своего рода переходные. Вопрос ― в другом: какова продолжительность этого переходного периода и как его сократить.

Наш курс хочется закончить четверостишьем Николая Заболоцкого:

Два мира есть у человека:

Один, который нас творил,

Другой, который мы от века

Творим по мере наших сил.

Алгоритм правильных ответов на вопросы, имеющие варианты ответа (для самопроверки).

1. Стр. 37: 2―С, 3―С, 4―D, 5―B.

2. Стр. 41: 1―B, 2―D, 3―C, 4―A, 5―B, 6―C.

3. Стр. 47: 1―C, 2―A.

4. Стр. 52: 1―C, 2―B.

5. Стр. 55: 1―C, 2―A, 3―D, 4―B.

Список литературы

1. Основная.

1. Веников В.А., Путягин Е.В.―«Введение в специальность». М. Высшая школа, 2007 г.

2. Гиршфельд В. Л., Морозов Г. Н. ― «Тепловые электрические станции», Энергоатомиздат, 2008 г.

3. Гиршфельд В. Л., Кароль Л.А. ― «Общий курс электростанций». М. Энергия, 2006 г.

2. Дополнительная.

1. Елизаров Д. П. ― «Теплоэнергетические установки электростанций». М. Энергоиздат, 1982 г.

2. Смирнов А.Д., Антипов К.М. ― «Справочная книжка энергетика». М. Энергоатомиздат,1987 г.<< предыдущая страница