Экологические проблемы тепловой энергетики

Экологические проблемы тепловой энергетики

 

 

Основными источниками  загрязнения окружающей среды в  энергетике являются тепловые электростанции. Наиболее характерно химическое и тепловое загрязнение. Если обычно сгорание топлива бывает неполным, то при сжигании топлива в котлах на ТЭС или ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы, канцерогенов. Они загрязняют окружающую среду и оказывают влияние на все компоненты природы. Например, диоксид серы, загрязняя атмосферу, вызывает кислотные дожди. Кислотные дожди, в свою очередь, закисляют почву, снижая тем самым эффективность применения удобрений, изменяют кислотность вод, что сказывается на видовом многообразии водного сообщества. Существенно влияет SO2 и на наземную растительность.

          В целом же на энергетику по объему выброса в атмосферу приходится 26,6% общего количества выбросов всей промышленности России. В 1993 г. объем выброса вредных веществ в атмосферный воздух равнялся 5,9 млн. т., из них пыль — 31 %, диоксид серы — 42%, окислы азота-23,5%.

К другому источнику  загрязнения окружающей среды в  энергетике относится сброс загрязненных сточных вод в водоемы. Источником загрязнения подземных вод являются многочисленные золошлакоотвалы. Сильно загрязнены подземные воды в районе Курска (ТЭЦ-1), Нижнего Новгорода (Сормовская ТЭЦ), Конаково (Конаковская ГРЭС). [2.стр.435].

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и  их соединений. Можно считать, что  тепловая энергетика оказывает отрицательное  влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества.

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

 Угли содержат от 0,2 до десятков  процентов серы в основном  в виде пирита, сульфата, закисного  железа и гипса. Имеющиеся способы  улавливания серы при сжигании  топлива далеко не всегда используются  из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков, а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры.

ТЭС - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие  ему цепные природные реакции (размножение  водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

Альтернативные источники получения энергии

 

 

Всё большее обсуждение получают электростанции, использующие возобновляемые источники энергии  – приливные, геотермальные, солнечные, ветровые и некоторые другие. Разрабатываются их новые проекты, сооружаются опытные и первые промышленные установки. Это вызвано как экономическими, так и экологическими факторами. На «альтернативные» электростанции возлагают большие надежды с точки зрения снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Солнце как источник тепловой энергии

Это практически неисчерпаемый  источник энергии. Ее можно использовать прямо или опосредствованно через продукты фотосинтеза, круговорот воды, движение воздушных масс и другие процессы, которые обусловливаются солнечными явлениями.

Использование солнечного тепла - наиболее простой и дешевый путь решения  отдельных энергетических проблем. Наиболее распространено улавливание  солнечной энергии посредством различного вида коллекторов. В простейшем виде это темного цвета поверхности для улавливания тепла и приспособления для его накопления и удержания.

На Кипре в 90% коттеджей, многих отелях и многоквартирных домах  проблемы теплообеспечения и горячего водоснабжения решаются за счет солнечных водонагревателей. В Израиле доля жилищ, обеспечивающихся солнечной энергией, близка к 65%. В других странах целенаправленное использование солнечной энергии пока не велико, но интенсивно увеличивается производство различного рода солнечных коллекторов. В США сейчас действуют тысячи подобных систем, хотя обеспечивают они пока только 0,5% горячего водоснабжения.

Очень простые устройства используют иногда в парниках или других сооружениях. Для большего накопления тепла в  солнечное время суток в таких помещениях размещают материал с большой поверхностью и хорошей теплоемкостью. Это могут быть камни, крупный песок, вода, щебенка, металл и т. п. Днем они накапливают тепло, а ночью постепенно отдают его. Такие устройства широко используются в тепличных хозяйствах юга России, в Казахстане, Средней Азии и других солнцеобильных районах.

Солнце как источник электрической  энергии

Преобразование солнечной  энергии в электрическую возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрический ток безо всяких дополнительных устройств. Хотя КПД таких устройств невелик, но они выгодны медленной изнашиваемостью вследствие отсутствия каких-либо подвижных частей.

Второй путь преобразования солнечной  энергии в электрическую связан с превращением воды в пар, который приводит в движение турбогенераторы. Нагретая вода используется для обогрева или превращения в пар жидкостей, кипящих при невысоких температурах.

Солнечная энергия в  ряде случаев перспективна также для получения из воды водорода, который называют «топливом будущего»

Ветер как источник энергии

Интерес к использованию  ветра для получения электроэнергии оживился в последние годы. К настоящему времени испытаны ветродвигатели различной  мощности, вплоть до гигантских. Сделаны выводы, что в районах с интенсивным движением воздуха ветроустановки вполне могут обеспечивать энергией местные потребности.

Энергетические ресурсы морских, океанических и термальных вод

Большими энергетическими  ресурсами обладают водные массы морей и океанов. К ним относится энергия приливов и отливов, морских течений, а также градиентов температур на различных глубинах.

Несравнимо более реальны  возможности использования геотермальных  ресурсов. В данном случае источником тепла являются разогретые воды, содержащиеся в недрах земли. Геотермальная энергия используется как в виде тепловой энергии, так и для получения электричества (Мутновская ГеоТЭС).

Пока же, по данным ученых США Р. Гейла. и М. Мали, выработка каждого миллиарда киловатт-часов на ТЭЦ уносит от 100 до 226 человеческих жизней. По тем же данным, перевод ТЭЦ на газ может уменьшить эту цифру на 1 — 2 порядка. И это наиболее приемлемый в настоящее время путь (особенно для России с ее запасам и газового топлива). Например, на юге Европейской части РФ состояние атмосферы во многом определяется  выбросами Новочеркасской ГРЭС с ее восьмью турбинами и угольным топливом. Вредные выбросы,   от этой ГРЭС составляют около 200 тыс. т. в год (больше, чем от остальных источников всей Ростовской области). Перевод одной этой ГРЭС на газ позволит значительно улучшить воздушную среду не только на Дону и Северном Кавказе, но и в прилегающих районах Украины. Проект перевода есть, дело в ресурсах — на перевод только четырех турбин, по оценке экспертов Всемирного банка, требуется более 30 млн. долл. Но те же экспертные оценки показывают, что затраты достаточно быстро окупятся за счет снижения стоимости  электроэнергии, даже без учета благоприятных последствий улучшения экологической обстановки в регионе. [5.стр.79]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Некоторые пути решения проблем современной энергетики

 

 

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 рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов. В их числе можно назвать следующие:

1. Использование и  совершенствование очистных устройств.  В настоящее время на многих  ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. Так же используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки.

 Одним из простых и эффективных способов очистки промышленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом. При высокой эффективности аппараты мокрой очистки газов отличаются от аппаратов сухой очистки дешевизной.

В 2001 г. российские специалисты  Объединенного института высоких температур (ОИВН) РАН завершили работу по снижению выбросов окислов азота на одном из котлоагрегатов московской ТЭЦ-21. Ученые поставили перед собой задачу не улавливать эти окислы, а предотвратить их образование. Оказалось, что экономически это более выгодно. Не меняя оборудования, не строя ничего нового, специалисты ОИВН РАН разработали новые параметры режима горения. В результате удалось снизить выбросы окислов азота в 2—4 раза, а в Мосэнерго была составлена программа поэтапной модернизации режима управления котлами всех станций Москвы. Это будет способствовать значительному снижению выбросов окислов азота в атмосферу.

В ОИВН РАН создан также  новый электродинамический фильтр, который позволяет очищать выбросы  электростанций от окислов азота, серы и пыли одновременно. Этот фильтр можно установить не только на газовых, но и на угольных станциях.

Российскими учеными  были найдены микроводоросли, способные утилизировать дымовые газы, перерабатывая их в «полезные" вещества. Специалисты из Института физиологии растений РАН и Академии тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова нашли одноклеточные водоросли, которые способны расти в атмосфере из чистой двуокиси углерода. Микроводоросли испытали в лаборатории, снизив содержание углекислого газа до 50%.[3. стр. 133]

Только улавливание пыли на металлургических предприятиях может дать дополнительно около 11 млн. т. металла в год. Наконец, оптимизация размещения предприятия. Нерационально размещать их слишком далеко от источников сырья или от места проживания  работников - это чревато  ростом выбросов от транспорта. Но нельзя приближаться к зонам рекреации (отдыха) и жилым.[4.стр.118]

2. Уменьшение поступления  соединений серы в атмосферу  посредством предварительного обессеривания  (десульфурации) углей и других  видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания.

3. Большие и реальные  возможности уменьшения или стабилизации  поступления загрязнений в среду  связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности для России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий.

4. Не менее значимы  возможности экономии энергии  в быту и на производстве  за счет совершенствования изоляционных  свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше.

5. Заметно повышается  также КПД топлива при его  использовании вместо ТЭС на  ТЭЦ. В последнем случае объекты  получения энергии приближаются  к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Заключение

 

 

В заключение можно сделать  вывод, что современный уровень  знаний, а также имеющиеся и  находящиеся в стадии разработок технологии дают основание для оптимистических  прогнозов: 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 (неисчерпаемые и экологически чистые). С этих позиций современные методы получения энергии можно рассматривать как своего рода переходные. Вопрос заключается в том, какова продолжительность этого переходного периода и какие имеются возможности для его сокращения. Развитие энергетики оказывает огромное воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу,  гидросферу и на литосферу. В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты. Выходом для общества из этой ситуации должны стать: внедрение новых технологий (по очистке, рециркуляции выбросов; по переработке и хранению радиоактивных  отходов и др.), распространение альтернативной энергетики и использование возобновляемых источников энергии .