Локальные и глобальные загрязнения окружающей среды различного вида электростанциями

И "внешние" и "внутренние" расходы на окружающую среду растут и будут расти по целому ряду причин. Во-первых, при использовании традиционных видов топлива все более худшего  качества увеличивается масса перерабатываемых и перемещаемых материалов, удлиняются перевозки, становятся необходимыми все  более мощные энергосооружения и  установки. Во-вторых, растущий объем  выбросов и отходов энергетических систем привел к тому, что достигла предела способность окружающей среды поглощать эти выбросы и отходы без ущерба для себя.

В настоящее время человечество стоит перед дилеммой: с одной  стороны, без энергии нельзя обеспечить материальное благополучие людей, с  другой - сохранение существующих темпов ее потребления может привести к  разрушению окружающей среды и как  следствие - к снижению жизненного уровня и даже к угрозе нашему существованию.

Попытки решить возникающие  проблемы

Для того, чтобы сгладить противоречия между энергетикой, экономикой и экологией, необходимо достичь более правильного понимания нынешней ситуации, возможностей и желательного направления ее развития. Нужно широкое публичное обсуждение, которое должно быть подкреплено интенсивными исследованиями для определения схемы энергетики будущего.

Проблема поиска разумных и не грозящих тяжелыми последствиями  путей развития энергетики - основная задача при разработке энергетической политики.

В качестве решения проблемы воздействия энергетики на окружающую среду часто предлагают экономию энергии. Безусловно, здесь имеются  большие резервы, и человечество постоянно идет по этому пути. В  какой степени промышленный прогресс привел к достижению экономии первичной  энергии за последние 100 с небольшим  лет, легко видеть на, примере паровых машин. Если КПД паровых машин в середине прошлого века составлял 3-5 %, то современные комбинированные системы, производящие энергию и состоящие из газовой и паровой турбин, имеют КПД, достигающий 42 %, т.е. налицо 10-кратная экономия энергии.

К аналогичному результату приводит внедрение более совершенных  технологий использования энергии  для производства единицы продукции. Так, в Англии за последние 100 лет  интенсивность потребления энергии  на единицу валового продукта снизилась  более чем в 2,5 раза. Тем не менее  производство первичной энергии  продолжало возрастать и по сравнению  с серединой прошлого века в расчете  на душу населения в Англии, например, увеличилось в 1,5 раза и составляет в настоящее время 6 т у.т. (условного  топлива) в год, в США еще больше и составляет 12 т у.т. Однако, даже если производство энергии останется  на существующем уровне, острота проблем, связанных с энергетикой, не уменьшится.

Каковы же тенденции и  прогнозы развития энергетики? В прошлом  наибольшая доля энергии, используемая для промышленных целей, приходилась  на нефть и газ, а их потребление  увеличивалось каждые 15-20 лет. Если такая скорость сохранится, то в  ближайшие 30-40 лет первоначальные запасы исчерпаются на 88 %.

Существуют более значительные запасы другого ископаемого топлива - каменного угля, однако его добыча и использование создают множество  экологических проблем. Получение  ядерной энергии вряд ли найдет широкое  применение,' прежде чем будут созданы  реакторы нового поколения с заметно  улучшенными характеристиками безопасности и прежде чем проблема удаления радиоактивных отходов будет решена реально, а не на бумаге.

Влияние вредных  выбросов ТЭС и ТЭЦ на атмосферу.

Атмосферовоздушная среда. Является наиболее уязвимой составляющей окружающей среды. Без нее невозможна жизнедеятельность человека, существование и развитие животного и растительного мира, так как в ней содержится основная часть кислорода воздуха, имеющегося на планете. Атмосфере человеческой деятельностью причиняется огромный и невосполнимый ущерб. Вследствие тесной и неразрывной взаимосвязи всех природных составляющих окружающей среды, загрязнение атмосферы неизбежно отражается на других средах: гидросфере, литосфере, биосфере. Выбросы вредных веществ в атмосферу постоянно растут с ростом урбанизации, строительством новых заводов и фабрик.

Наибольшее загрязнение  атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных  веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь).

Одним из основных и самых  крупномасштабных источников загрязнения  атмосферы являются ТЭС и ТЭЦ. Основные компоненты, выбрасываемые  в атмосферу при сжигании различных  видов топлива нетоксичные углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Кроме этого в воздушную среду выбрасываются такие вредные вещества, как оксиды серы, азота, углерода, в частности угарный газ (СО), соединения тяжёлых металлов, таких как свинец (Рв), сажа, углеводороды, несгоревшие частицы твёрдого топлива, канцерогенный бензопирен (С20Н12).

При сжигании твёрдого топлива  в котлоагрегатах ТЭС и ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы (SO2), оксидов азота.

Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как в мазуте содержится менее 2% серы.

Современные ТЭС и ТЭЦ  мощностью 2, 4 млн. кВт. расходуют до 20 тысяч тонн угля в сутки и выбрасывают в атмосферу: 680 тонн SO2 и SO3, 200 тонн оксидов азота, 120-240 тонн золы, пыли, сажи, (данные числовые значения приведены для процентного содержания серы в исходном топливе 1, 7% и при эффективности системы пылеулавливания 94-98 %.

Исследования показали, что  вблизи мощных станций и централей, в атмосферу выбрасывается 280-360 тонн SO2 в сутки. Максимальная концентрация диоксида серы с подветренной стороны  на расстояниях: 200-500, 500-1000, 1000-2000 метров соответственно составляет: 0, 34, 9; 0, 7-5, 5; 0, 22-2, 8; мГ/м3. Из этого следует, что диоксид серы очень хорошо разносится на расстояние и естественно наблюдается пропорциональное уменьшение его концентрации при удалении от очага загрязнений.

При сжигании каменного угля остаётся очень большое количество зольных отходов, которые вывозятся  за город на золоотвалы. Золоотвалы, в большинстве своём, очень плохо оборудованы и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем. Это способствует образованию техногенных пустынь.

Учёными подсчитано, что  ТЭС и ТЭЦ выделяют 46% всего  сернистого ангидрида и 25% угольной пыли выбрасываемой в атмосферу  промышленными предприятиями. Причиной загрязнений такого масштаба является развитие экологически несостоятельных  технологических процессов, то есть таких, которые создают удовлетворение потребностей человека в тепловой и  электрической энергии, но одновременно с этим и недопустимое загрязнение  окружающей среды. Эти процессы развиваются  без принятия эффективных мер, предупреждающих  загрязнение атмосферы.

Особенно опасны сернистый  ангидрид, диоксид серы и оксиды азота, выделяемые в атмосферу ТЭС  и ТЭЦ, поскольку они переносятся  на большие расстояния и осаждаются, в частности, с осадками на поверхность  земли, загрязняя гидросферу и литосферу. Одним из особенно ярких проявлений этой картины являются кислотные  дожди. Эти дожди образуются вследствие поступлений от сгорающего топлива  и уходящих в атмосферу на большую  высоту дымовых газами в, основном двуокиси серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения.

Кроме того, загрязнение  атмосферы ТЭС и ТЭЦ привело, как полагают учёные, к новому явлению  поражению некоторых видов мягких пород деревьев, а также к быстрому и одновременному падению скорости роста по меньшей мере шести видов хвойных деревьев.

ТЭС и ТЭЦ являются причиной возникающего в крупных промышленных городах смога: недопустимого загрязнения  обитаемой человеком наружной воздушной  среды, вследствие выделения в неё  указанными источниками вредных  веществ при неблагоприятных погодных условиях.

Влияние вредных  выбросов AES УК ТЭЦ на атмосферу.

Ежедневно AES УК ТЭЦ производит выброс загрязняющих веществ в атмосферу  в результате сжигания топлива и  вспомогательных производств. При  сгорании топлива образуются следующие  загрязняющие вещества: зола, сернистый  ангидрид, диоксид азота, оксид углерода, пятиокись ванадия и выбросы от вспомогательных производств. Ущерб, наносимый выбросами вредных веществ в атмосферу от УК ТЭЦ, в настоящее время составляет 17164232 тенге. По действующему законодательству концентрация вредных веществ в воздухе и приземном слое не должна превышать ПДК, что обеспечивается строительством высоких труб. Однако по ГОСТ 17. 2. 3. 02. 78. использование таких труб рассматривается как крайняя мера. Рассеивание оксидов азота и серы с помощью выбросов приводит к дальнему переносу этих веществ и выпадению их в виде кислотных дождей, приносящих вред природе. Поэтому важнейшей задачей является ограничение выбросов.

Парогенераторы ступени  №3, 4, Бабкок-вилькокс и №5, 6, 7, 8, 9, 10 ЦКТИ 75-39 Ф 1959 52-59 были оборудованы циклонами, имеющими среднюю степень улавливания золы 80%, в начале 60 года батареи были заменены на скруббера типа ЦСВТИ, что позволило поднять эффективность золоулавливания на ПГ ступени №5-10 до 93-94%. В период 66-70 года в работу 4-го парогенератора высокого давления К/А БКЗ 320-140 были включены мокропрудковые золоулавливающие установки, имеющие проектную степень улавливания 94%. В период 72-75 годов, в результате проведенной реконструкции, золоулавливающие установки МПВТИ были заменены на золоулавливающие установки с предвключёнными трубами типа МВУООРГРЭС–коагуляторами Вентури ТКВ, что повысило улавливание золы до 96-96, 5%. Установка ТКВ позволила также снизить расход сернистого ангидрида на 3-4% в зависимости от щёлочности орошаемой воды. В дальнейшем аналогичная реконструкция была проведена на парогенераторах среднего давления ступеней №5-10. Достоинства такого способа очистки его простота и эффективность. При этом способе очистки появляется возможность реализации совмещённой схемы очистки от золы и уменьшается количество серы. Известно, что в США около 2600 МВт энергетических мощностей оборудовано устройствами золо- и сероочистки с полным или частичным обеспечением потребности за счёт золы. Сероочистные установки рекомендуются при высокосерном топливе, содержание серы более 5%. При сжигании малосернистого топлива сероочистку проводить экономически нецелесообразно.

 

 

  

Негативные факторы  АЭС и техногенных аварий

 В этом контексте  исключительное значение в характере  и особенностях реакции общества, средств массовой информации (СМИ)  и тем более пострадавшего  населения приобретают радиационные  аварии на атомных объектах  и особенно те из них, которые  сопровождаются выбросами и сбросами  радиоактивных материалов в окружающую  среду. Подобного рода аварии, если они квалифицируются как  крупномасштабные, приводят к радиоактивному  загрязнению больших территорий  и, следовательно, вовлечению  в орбиту их влияния значительных  контингентов населения. Реакции  на такого рода аварии и,  особенно на их радиологические  последствия со стороны общества, политиков, СМИ и пострадавшего  населения продолжаются в течение  десятилетий. Так, например, катастрофа  на Чернобыльской АЭС, без преувеличения  всколыхнула все человечество, и  память об этой трагедии, вне  всякого сомнения, будет жить  в сознании не одного поколения  людей. 
    В то же время, происходят крупномасштабные аварии в других отраслях промышленности, не связанных напрямую с ионизирующими излучениями, которые сопровождаются огромными безвозвратными и санитарными потерями: гибелью сотен и тысяч людей, массами пострадавших от увечий, отравлений и других причин, а также экологическими катастрофами (например, авария на химическом предприятии в Бхопале, взрыв продуктопровода в Башкирии, прорыв дамбы на золотодобывающей фабрике в Румынии, авария на Саяно-Шушенской ГЭС). Последствия этих аварий через достаточно непродолжительное время перестают быть предметом обостренного внимания СМИ и международной общественности, несмотря на трагические медико-биологические последствия этих катастроф.  
    Безусловно, наибольший ущерб окружающей среде в плане радиоактивного загрязнения наносят аварии на объектах ядерного комплекса и ядерные взрывы в атмосфере. Что касается аварий, то, по-видимому, вследствие более внимательного отношения к ядерной отрасли, как общественности, так и специалистов, их число относительно не велико.

 
Процентная доля облучения тела человека дозами ионизирующего излучения, получаемыми от различных источников.    

 Из официальных источников  известно, что за все время  использования атомной энергетики  в мире официально зафиксировано  около 150 аварийных случаев выбросов  радионуклидов в биосферу, но  только 11 значительных аварий, из  которых 4 связаны с работой  АЭС. При этом основная часть  из них была обусловлена не  столь самой атомной энергетикой,  сколько человеческим фактором, а на первых порах – не  полным пониманием процессов,  происходящих в ходе ядерных  превращений. 
    Самые первые в истории крупные радиационные аварии произошли в ходе наработки ядерных материалов для первых атомных бомб. 
    1 сентября 1944 г. в США, штат Теннеси, в Анкориджской национальной лаборатории при попытке прочистить трубу в лабораторном устройстве по обогащению урана произошел взрыв гексафторида урана, что привело к образованию опасного вещества гидрофтористой кислоты. Пять человек, находившихся в это время в лаборатории, пострадали от кислотных ожогов и вдыхания смеси радиоактивных и кислотных паров.  
    В СССР первая серьезная радиационная авария произошла 19 июня 1948 г., на следующий же день после выхода атомного реактора по наработке оружейного плутония (комбинат «Маяк» в Челябинской области) на проектную мощность. В результате недостаточного охлаждения нескольких урановых блоков произошло их локальное сплавление с окружающим графитом. В течение девяти суток канал расчищался путем ручной рассверловки. В ходе ликвидации аварии облучению подвергся весь мужской персонал реактора, а также солдаты строительных батальонов, привлеченные к ликвидации аварии. 
    3 марта 1949 г. в результате массового сброса комбинатом «Маяк» в реку Теча высокоактивных жидких радиоактивных отходов облучению подверглись около 124 тыс. человек в 41 населенном пункте. Наибольшую дозу облучения получили 28 100 человек, проживавших в прибрежных населенных пунктах по реке Теча. Средняя индивидуальная доза составила 210 мЗв (по данным врачей-радиологов, говорить об остром лучевом поражении организма человека можно при получении радиоактивной дозы облучения свыше 500 мЗв; при дозах от 1000 до 2000 мЗв у пятой части пострадавших возможен летальный исход, а при дозах свыше 7000 мЗв процент выживающих равен нулю). 
    12 декабря 1952 г. в Канаде произошла первая в мире серьезная авария на АЭС. Техническая ошибка персонала АЭС Чолк Ривер (штат Онтарио) привела к перегреву и частичному расплавлению активной зоны реактора. Тысячи кюри продуктов деления попали во внешнюю среду, а около 3800 м³ радиоактивно загрязненной воды было сброшено прямо на землю, в мелкие траншеи неподалеку от реки Оттавы. 
    29 сентября 1957 г. произошла авария, получившая название «Кыштымская». В хранилище радиоактивных отходов ПО «Маяк» взорвалась емкость, содержавшая радиоактивные вещества. Специалисты оценили мощность взрыва в 70-100 т в тротиловом эквиваленте. Радиоактивное облако от взрыва прошло над Челябинской, Свердловской и Тюменской областями, образовав так называемый Восточно-Уральский радиоактивный след площадью свыше 20000 км². По оценкам специалистов, с момента взрыва до эвакуации с промплощадки комбината разовому облучению до 100 Р подверглись более пяти тысяч человек. В ликвидации последствий аварии в период с 1957 по 1959 год участвовали от 25 до 30 тыс. военнослужащих.  
    10 октября 1957 г. в Великобритании в городке Виндскейл произошла крупная авария на одном из двух реакторов по наработке оружейного плутония. Вследствие ошибки, допущенной при эксплуатации, температура топлива в реакторе резко возросла, и в активной зоне возник пожар, продолжавшийся около четырех суток. В результате сгорели 11 т урана, а в атмосферу попали радиоактивных вещества. Радиоактивные осадки загрязнили обширные области Англии и Ирландии. Радиоактивное облако достигло Бельгии, Дании, Германии, Норвегии. 
    В апреле 1967 г. произошел очередной радиационный инцидент в ПО «Маяк». Озеро Карачай, которое ПО «Маяк» использовало для сброса жидких радиоактивных отходов, сильно обмелело; при этом оголилось 23 га прибрежной полосы и дна озера. Радиоактивную пыль из высохших донных отложений разнесло ветром далеко за пределы озера: была загрязнена территория площадью 1800 км², на которой проживало около 40 тыс. человек. 
    Самым серьезным инцидентом в атомной энергетике США стала авария на АЭС Тримайл Айленд в штате Пенсильвания, произошедшая 28 марта 1979 г. В результате серии сбоев в работе оборудования и грубых ошибок операторов на втором энергоблоке АЭС произошло расплавление 53% активной зоны реактора. Произошел выброс в атмосферу инертных радиоактивных газов ксенона и йода. Кроме того, в реку Сукуахана было сброшено 185 м³ слаборадиоактивной воды. Из района, подвергшегося радиационному воздействию, было эвакуировано 200 тыс. человек. 
    В апреле 1986 г. на четвертом блоке Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая ядерная авария в мире – с частичным разрушением активной зоны реактора и выходом осколков деления за пределы зоны. По свидетельству специалистов авария произошла из-за попытки проделать эксперимент по снятию дополнительной энергии во время работы основного атомного реактора. В атмосферу было выброшено 190 т радиоактивных веществ. Восемь из 140 т радиоактивного топлива реактора оказались в воздухе. Другие опасные вещества попали в атмосферу в результате пожара, длившегося почти две недели. Люди в Чернобыле подверглись облучению в 90 раз большему, чем при падении бомбы на Хиросиму. В результате аварии произошло радиоактивное заражение в радиусе 30 км. Была загрязнена территория площадью 160000 км². Пострадали северная часть Украины, Беларусь и запад России.  
    30 сентября 1999 г. произошла крупнейшая авария в истории атомной энергетики Японии. На заводе по изготовлению топлива для АЭС в научном городке Токаймура (префектура Ибараки) из-за ошибки персонала началась неуправляемая цепная реакция, которая продолжалась в течение 17 часов. Облучению подверглись 439 человек, 119 из них получили дозу, превышающую ежегодно допустимый уровень. Трое рабочих получили критические дозы облучения. Двое из них скончались. 
    9 августа 2004 г. произошла авария на АЭС «Михама», расположенной в 32 км к западу от Токио на острове Хонсю. В турбине третьего реактора произошел мощный выброс пара температурой около 200⁰C. Находившиеся рядом сотрудники АЭС получили серьезные ожоги. Утечки радиоактивных материалов в результате аварии не было обнаружено. Четыре человека погибли, 18 серьезно пострадали. 
    Самой серьезной по последствиям аварией для Японии стала авария на АЭС после землетрясения и цунами 11 марта 2011 г.