Сущность экологического аспекта в энергетике

Введение в экологию энергетики

Сущность экологического аспекта в энергетике. Требования к экологически чистой ТЭС. Понятия и определения

Современная технократическая цивилизация в процессе своего развития меняет облик Земли, и это обстоятельство не может не обратить на себя внимание. Увеличение глобальных катастроф в виде кислотных дождей и утонения озонового слоя [1], образование цунами на побережье Тихого океана и ураганных ветров на территории США, возникновение парникового эффекта над территорией центральной Европы и Северной Америки и другие подобные явления заставляют человека пристальнее взглянуть как на среду обитания, так и на свою деятельность в ней. Ведь человек в процессе своей жизнедеятельности вступает в непосредственный контакт с окружающей природой. При этом участие и вмешательство человека в природу не всегда благотворно сказывается как на природе, так и, подчас, на самом человеке. В этой связи взаимодействие человека с окружающей средой (средой обитания) представляет непосредственный интерес.

Так что же такое среда обитания?

Среда обитания - это не что иное, как часть природы, которая окружает человека и с которой он непосредственно взаимодействует. При этом различают четыре среды обитания:

• водная;
• наземно-воздушная;
• почва;
• живые организмы.

 В целом же влияние  человека на окружающую среду, которая характеризуется совокупностью  физических, химических и биологических  факторов, способных при определенных  условиях оказывать прямое или  косвенное, немедленное или отдаленное  воздействие на деятельность или здоровье человека,  удобнее всего рассмотреть на примере практической деятельности человека. То есть на примере его активного и целенаправленного воздействия на окружающую среду, ведь человек - это активная часть природы. Добиваясь своих целей, он использует природу, воздействует на нее, преобразует ее и себя. Без преувеличения можно сказать, что самым важным и самым интересным для человечества кругом вопросов являются вопросы о возможностях человека в его отношениях с природой, о способах реализации этих возможностей, о факторах, способствующих и препятствующих расширению этих возможностей. Даже основной вопрос философии - о соотношении материи и сознания - принадлежит именно к этому кругу вопросов.

В соответствии с положениями о системности деятельности человека [2], всякое наше осознанное действие преследует определенную цель, при этом во всяком действии легко увидеть его составные части, более мелкие действия. Например, для получения электроэнергии необходимо прежде создать оборудование для ее производства, затем электростанцию, затем добыть топливо и доставить его к месту потребления, а следовательно нужны транспортные коммуникации. Для использования электроэнергии необходимо создать строго определенное количество потребителей и обеспечить к ним доставку электроэнергии линиями электропередач и распределительными устройствами. Легко убедиться, что все эти составные части должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной последовательности. Именно эта определенная и подчиненная цели взаимосвязанность составных частей является признаком системности.

Однако системность взаимодействия человека со средой проявляется не только в достижении человеком поставленной цели. Среда при этом претерпевает изменения, которые, в свою очередь, не всегда благоприятны для человека. В этом случае возникает понятие экологической системы или экосистемы. То есть такой природной системы, в которой живые организмы (в том числе и человек в рамках рассматриваемого вопроса) и среда их обитания объединены в единое функциональное целое через обмен веществ и энергии и тесную причинно-следственную взаимосвязь всех слагающих компонентов [3].

В соответствии с изложенными положениями взаимосвязь человека со средой обитания можно представить следующим образом. Человек, преследуя собственные цели, организовывает производство какого-либо продукта, рис. 1 [4]. Производство потребляет ресурсы, выдает требуемую продукцию и оказывает вредное воздействие на окружающую среду. При этом под вредным воздействием понимают такой процесс обмена веществом и энергией, в результате которого происходят количественные и качественные изменения компонентов природной среды, превышающие предельно допустимые нормативы, определяемые интенсивностью, степенью и опасностью воздействия.

Под интенсивностью понимают величину нарушения или загрязнения окружающей среды в единицу времени [3].

Рис. 1. Взаимосвязь человека со средой обитания

Под степенью понимают относительную величину поступления загрязняющих веществ в природную среду от общего объема выделившихся веществ в виде выброса, а также нарушенность компонента среды в зависимости от общей его площади и количества [3].

Под опасностью понимают (в соответствии с [3]) относительную единицу соотношения между реальной (фактической) интенсивностью воздействия и нормативной. Нормативами при загрязнениях являются предельно допустимые выбросы в атмосферу (ПДВ) и предельно допустимые сбросы в гидросферу (ПДС). Опасность воздействия j определяется по отношению

,

где J - интенсивность воздействия.

При j>1 опасность воздействия существует, при j<1 технологический процесс не воздействует на природную среду.

Однако предложенная иллюстрация (рис.1) не в полной мере раскрывает взаимосвязь человека со средой. Более детальное представление причинно-следственных связей системы “человек - окружающая среда” предложено на рис.2, где интересы человека представлены и учитываются в виде интересов общества в целом. Это связано с тем, что именно социум является заказчиком тех производств, которые в наибольшей степени меняют облик среды и планеты в целом (в том числе и в связи с вредным воздействием). В первую очередь к ним относятся энергетика, металлургия, химическая промышленность и транспорт.

Человек, рис.2, направляет свои усилия на природу, чтобы получить ископаемые, которые являются сырьем для его деятельности. Сырье попадает в общество и распределяется по производствам. В результате общество получает необходимый продукт, но, при этом, и вредное воздействие, как от самого продукта, так и от отходов производств. Вредное воздействие испытывает также и природа, что опять-таки отражается на человеке: уменьшение природных продуктов питания, увеличение заболеваний (от хронических простудных до генетических и даже мутаций) и т.п. При этом по возможному воздействию на среду выделено четыре сферы воздействия:

1) атмосфера (внешняя газообразная оболочка Земли с постоянно убывающей концентрацией газов до высоты 1100...1400 км):

 

Рис.2. Причинно-следственная взаимосвязь системы “человек - окружающая среда”

• потребление кислорода (в основе современных энергообеспечивающих, металлургических, химических, транспортных технологий лежат процессы горения);
• выброс газов и твердых частиц, полученных при горении;
• тепловое воздействие;
• электромагнитное воздействие;
• ионизация;

Рис.3. Укрупненная схема взаимодействия ТЭС с окружающей средой (без учета биосферы): К – котел; Т – турбина; Г – электрогенератор; Р – регенерации система; МО – маслоохладители; ТР – трансформаторные подстанции; ЛЭП – линии электропередач

2. литосфера или земная кора (твердая внешняя оболочка Земли средней условной мощностью 16 км, включающая и почвенный слой вместе с биоценозом):

• потребление ископаемых;

• выброс на поверхность почвы твердых частиц и жидких стоков;

3. гидросфера (прерывиста водная оболочка Земли, включающая поверхностные и подземные воды):

• загрязнение жидкими стоками отходов производств, “кислотных дождей” и т.п.;
• тепловое воздействие с охлаждающей водой;
• радиоактивное воздействие (от АЭС);

4. биосфера, кроме человека, так как интересы человека учитываются интересами социума (нижняя часть атмосферы, вся гидросфера и верхняя часть литосферы Земли, населенная живыми существами):

• потребление неископаемых видов энергоносителей (щепа, дрова);
• нарушение биоценозов (биоценоз – это организованная группа популяций растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробоценоз), живущих во взаимодействии в одних и тех же условиях среды);
• миграции и вымирание животных и растений от различного рода воздействий на них.

Предложенный рисунок (рис.2) показывает многообразие связей экосистемы “человек - окружающая среда” и дает более подробное представление о деятельности человека на Земле по сравнению с предыдущим (рис.1).

Таким образом рассмотрена экологическая сторона развития энергетики, да и цивилизации в целом. Можно видеть, что экологические проблемы развития возникают лишь, когда деятельность человека по отношению к природе приводит к получению вреда самим человеком.

Экологические требования к ТЭС [130]    Таблица 1

Наименование выброса	Показатель по типу угля
	КАУ	Кузнецкий	АШ	Экибастуз
зола*, г/м3	£0,05	£0,05	£0,05	£0,1
SO2*, г/м3	0,2...0,3	0,2...0,3	0,2...0,3	0,2...0,3
NO2*, г/м3	0,15...0,2	0,15...0,2	0,15...0,2	0,15...0,2
неочищенные жидкие стоки	отсутствуют
доля золы и др. твердых отходов, пригодных к использованию в народном хозяйстве	³80%	³80%	³80%	³80%

* при коэффициенте избытка  воздуха a=1,4

 

Рис.4. Материальный баланс топлива, отходов и выбросов угольной ТЭС мощностью 2400 МВт на антрацитовом штыбе

Тем не менее, уровень загрязнений на сегодня настолько высок, что возникает необходимость введения ограничений на человеческую деятельность по вредному воздействию на окружающую среду. В частности, для экологически чистых пылеугольных электростанций современные требования формулируются следующим образом, табл.1.

Требования приведены в соответствие международным и являются ориентиром для проектирования нового поколения станций.

На рис.3 показана типовая схема взаимодействия современной ТЭС со всеми сферами окружающей среды. Из рисунка видно, насколько велико и многообразно воздействие ТЭС на среду. О масштабности этого воздействия можно судить по рис.4, на котором показан материальный баланс топлива, твердых отходов и газовых выбросов угольной ТЭС 2400 МВт на антрацитовом штыбе (высококалорийное топливо с низким выходом летучих) при часовом выбросе дымовых газов в объеме 8 млн. м3, с эффективностью золоулавливания 99%.

Учитывая огромный ущерб, причиняемый как окружающей среде, так и человеку, санитарным законодательством промышленно развитых стран установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ, загрязняющих воздух, водоемы и почву. Для каждой стран уровни ПДК свои. Единые международные стандарты до сегодняшнего дня не выработаны. Тем не менее, большинство стран (такие как Германия, Великобритания, Дания, Голландия, Италия, Венгрия, Польша, Россия, Норвегия, Финляндия и т.д.) повсеместно стремятся к снижению вредных выбросов и ужесточению требований к предприятиям загрязняющим окружающую среду.

ПДК – это норматив концентрации химического соединения, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не приводит к каким-либо патологическим изменениям в состоянии здоровья человека, а также не нарушает биологического оптимума для человека.

ПДК вредных веществ (т.е. веществ, которые при контакте с организмом человека могут привести к производственной травме, профессиональным заболеваниям или отклонениям в состоянии здоровья, либо химическое вещество, вызывающее нарушение в росте, развитии или состоянии здоровья организмов, в том числе в цепи поколений) устанавливаются в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе и в воде водных объектов.

ПДКРЗ – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м3.

ПДКМР – максимально разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3.

ПДКСС – среднесуточная предельно допустимая концентрация (т.е. концентрация загрязнителя в воздухе не оказывающая на человека прямого или косвенного вредного воздействия при круглосуточном вдыхании), мг/м3.

ПДКВ – предельно допустимая концентрация вредных веществ в воде водоемов, мг/дм3.

Кроме того, устанавливается ПДК химических веществ в почвах.

Большинство современных электростанций вынуждены работать в условиях фоновых загрязнений, создаваемых как другими предприятиями, так и собственно средой района функционирования. При этом фоновым загрязнением атмосферного воздуха считается загрязнение без учета выбросов рассматриваемого предприятия. Поэтому при изучении выбросов конкретной ТЭС следует учитывать фоновое загрязнение по каждому ингредиенту.

По степени опасности (токсичности) различают четыре класса веществ: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – относительно безопасные.

Для каждого из выбрасываемых веществ должно соблюдаться условие:

,