Лекція 3. Вплив підприємств електроенергетичного

комплексу на стан навколишнього середовища

 

Енергетика – галузь господарства, що охоплює енергоресурси, до-бування, перетворення і використання різноманітних видів енергії.

Електрична станція – це сукупність установок, обладнання та апаратури, які використовуються безпосередньо для виробництва електричної енергії, а також необхідні для цього споруди та будівлі, розташовані на певній території. Тобто, підприємства, призначені для виробництва електричної енергії, називають електростанціями.

Теплові електростанції (ТЕС) перетворюють хімічну енергію палива (вугілля, нафти, газу тощо) послідовно в теплову, механічну і електричну енергію. За енергетичним устаткуванням ТЕС поділяють на паротурбінні, газотурбінні та дизельні електростанції.

Характеристика впливу на довкілля. Взаємодія енергетичного підприємства з навколишнім середовищем відбувається на всіх стадіях добування та використання палива, перетворення та передачі енергії. Ви­робництво електроенергії на ТЕС України завдає значної шкоди довкіллю:

1. ТЕС активно споживають повітря.

2. Продукти згоряння, які утворюються, передають основну час­тину теплоти робочому тілу енергетичної установки, але деяка частина теплоти розсіюється в навколишньому середовищі, а частина – виноситься з продуктами згоряння крізь димову трубу в атмосферу.

3. Продукти згоряння, що викидаються в атмосферу, містять оксиди азоту NOX, вуглецю СОX, сірки SOX, вуглеводні, пару води та інші речовини у твердому, рідкому та газоподібному стані.

4. Викиди систем складування палива, його транспортування, пилоприготування є джерелом забруднення атмосфери пилом і продуктами окислення палива. Розповсюдження цих викидів в атмосфері залежить від рельєфу місцевості, швидкості вітру, перегріву їх по відношенню до температури навколишнього середовища, висоти хмарності, фазового стану тощо.

5. Взаємодія ТЕС з гідросферою характеризується, в основному, споживанням води системами технічного водопостачання, в тому числі необоротним споживанням води. При промиванні поверхонь нагріву котлоагрегатів утворюються стічні води, що представляють собою розбавлені розчини соляної кислоти, натрію, аміаку, солей амонію, заліза та інших речовин. Також до основних факторів впливу ТЕС на гідро­сферу відносяться скиди нагрітих стічних вод, що можуть викликати постійне локальне підвищення температури у водоймищі; тимчасове підвищення температури; зміну умов льодоставу, зимового гідрологічного режиму; зміну умов паводків; зміну розподілу випаровувань, туманів. В цілому вплив ТЕС на водний басейн залежить від організації сис­теми технічного водопостачання, конструкції водоочисних споруд та скидних пристроїв.

5. Основними факторами впливу ТЕС на літосферу є випадання на її поверхню з атмосферного середовища твердих частинок та рідких розчинів, що містились у викидах; споживання ресурсів літосфери, в тому числі вирубування лісів, добування палива, вилучення з сільськогосподарського обороту орних земель та луків під будівництво ТЕС та золовідвалів.

Заходи боротьби зі шкідливим впливом на довкілля. На ефекті самоочищення атмосферного середовища ґрунтуються такі заходи, як розсіювання шкідливих домішок, які містяться у викидах ТЕС, в атмосферному повітрі за допомогою високих труб, а також розбавлення деяких відпрацьованих вод перед їх скидом у природні водойми.

Скорочення шкідливих викидів до атмосфери забезпечується очищенням димових газів від золи та газоподібних забруднювачів.

Очищення димових газів від золи забезпечується використанням такого газоочисного устаткування як:

- електрофільтри – застосовуються на електростанціях для досягнення найбільш глибокого очищення димових газів, в основному на великих енергоблоках потужністю 300 МВт та більше;

- мокрі золоуловлювачі з трубами Вентурі, які працюють при маленьких питомих витратах води та невеликих перепадах тиску, встановлюються за котлоагрегатами середньої паропродуктивності, якщо цьому не перешкоджають процеси утворення відкладень на поверхнях апаратів, обумовлені особливим складом золи спалюваного палива;

- батарейні циклони, як правило, встановлюються за котлоагрегатами малої паропродуктивності, що спалюють переважно малозольні сорти твердого палива.

Зниження викидів до атмосфери двоокису сірки забезпечується використанням сухого вапнякового способу очищення, який передбачає додавання до твердого палива, яке спалюється, перед його роздроблен­ням вапняку або доломіту; у топці вапняк дисоціюється на вуглекислоту та окис кальцію, а останній, рухаючись разом з продуктами згоряння по газоходах котлоагрегату, взаємодіє з сірчистим та сірчаним ангідридами, утворюючи сульфат кальцію, який разом з золою та непрореагованим окисом кальцію уловлюється у звичайних золоуловлювачах, наприклад, електрофільтрах.

Зниження викидів окисів азоту передбачає застосування рециркуляції газів, двоступінчате спалювання, зменшення надлишку повітря, розосередження зони горіння в об’ємі топки та підвищення швидкості охолодження факела, зниження підігріву повітря, зменшення навантаження котлоагрегатів, вприскування води або пари та ін. Втілення перелічених способів значною мірою залежить від конструктивного оформлення котельних агрегатів та виду палива.

На сьогодні особливо гостро стоїть питання про запобігання забрудненню земельних угідь золовідвалами.

Використання золи визначається її складом та властивостями. Золи, які містять значну кількість окису кальцію, практично без додаткової переробки можуть бути використанні для луження кислих ґрунтів та в якості добрива через наявність сполук калію та мікроелементів. Окрім сільського господарства, сланцева зола знаходить застосування у промисловості будівельних матеріалів (керамзит, панелі, дрібні блоки, теплоізоляційні плити, фундаментні блоки та ін.). Також зола може бути використана при виробництві залізобетонних конструкцій.

Атомні електростанції. Ядерна енергетика ґрунтується на перетворенні внутрішньоядерної енергії в інші види: теплову, механічну та електричну. На атомних електростанціях (АЕС) ядерна енергія, яка утворюється в ядерних реакторах внаслідок ланцюгової реакції поділу ядер деяких важких елементів, перетворюється в електричну. Атомна енергетика стала окремою галуззю енергетики після Другої світової війни. Сьогодні вона відіграє важливу роль в електроенергетиці багатьох країн світу. Атомна енергетика – це не тільки атомні електростанції, а й комплекс підприємств, які потрібні для забезпечення їх паливом. Це рудники, де добувають уранову руду, заводи по її переробці і виділенню окислу урану, підприємства, на яких відокремлюють ізотопи урану і створюють тепловиділяючі елементи. Після того, як ці елементи з ураном були використані на атомній електростанції, їх транспортують на завод, де з цього використаного палива відокремлюють уламки по­ділу і неспалене паливо. Цей цикл закінчується захороненням або утилізацією решток поділу та інших радіоактивних елементів.

При експлуатації АЕС в нормальному режимі вони дають значно меншу кількість шкідливих викидів в атмосферу, ніж ТЕС, які працюють на органічному паливі. Робота АЕС не впливає на вміст кисню і вуглекислого газу в атмосфері, не змінює її хімічного складу, не супроводжується забрудненням атмосфери СО, SO2, золою. Основний фактор забруднення – радіоактивність.

Заходи боротьби зі шкідливим впливом на довкілля. У процесі роботи з радіоактивними речовинами можуть утворитись аерозолі і гази, причому в таких концентраціях, що їх вихід в атмосферу не припустимий.

Певного використання для очистки повітря від радіоактивних твердих частинок набули скрубери Вентурі в компоновці з циклоном-бризкоуловлювачем. Мокрий спосіб очистки застосовується при очищені високотемпературних газів, наприклад, що виходять з печі, де спалювались радіоактивні відходи. Мокре очищення забезпечує 97 % ефективності при розмірі частинок більше 0,5 мкм. Широко розповсюджене використання фільтрів: металотканих (МТФ); металокерамічних (МКФ); фільтрів з тканиною Петрянова; ядерних фільтрів.

Очищення повітря від інертних газів – трудомістка задача, ос­кільки вони є хімічно інертними. Їх вилучають фізичною адсорбцією активованим вугіллям, силікагелем, йодом тощо. Іншим методом очистки є стискування газів в спеціальних ємностях – газгольдерах і зберігання до розпаду короткоживучих радіонуклідів або їх зберігання на активованому вугіллі протягом певного часу (наприклад, ксенону – 42 доби, криптону – 3,5 доби).

Екологічний вплив АЕС на водні об’єкти полягає у забрудненні води та підвищенні її температури. Основне тепловиділення відбувається в конденсаторах паротурбінних установок. Скид охолоджувальної води ядерних енергетичних установок не виключає їх радіаційного впливу на водне середовище.

Важливими особливостями впливу АЕС на довкілля є переробка радіоактивних відходів.

Найбільшу небезпеку становлять аварії АЕС і безконтрольне розповсюдження радіації. Аварія на ЧАЕС призвела до глобальної катастрофи, наслідки якої відомі всім і детально описані в науковій, технічній та популярній літературі.

Гідроелектростанції (ГЕС). Входячи до системи відновлюваних джерел енергії, гідроенергетика займає лише 6 % у світовому енергобалансі.

Гідроенергетичні ресурси – запаси енергії річкових потоків і во­дойм, які лежать вище рівня моря. Загалом гідроенергетичні ресурси становлять близько 60 % всієї енергії поверхневого стоку. Належать до відновлюваних природних ресурсів. Розрізняють такі гідроенергетичні ресурси (ГР): потенціальні, технічно можливі для використання на даному рівні розвитку науки і техніки, а також економічно доцільні.

Характеристика впливу на довкілля. Гідротехнічне будівництво, яке проводиться в усіх державах світу для задоволення зростаючих потреб населення, промисловості, сільського господарства у воді, впливає на водні об’єкти. Воно призводить не тільки до позитивних, але й до негативних наслідків, які завдають непоправної шкоди водним екосистемам, порушують їх природні умови, погіршують якість води, знижують біопродуктивність.

Основні фактори, які впливають на водні об’єкти при гідротех­нічному будівництві, є водний режим, гідродинамічні та морфометричні характеристики, термічний режим, а також об’єм та вміст різних речовин, що надходять з водами, які охолоджують теплові та атомні енергооб’єкти. Вони діють на абіотичні параметри та біоту водних екосистем, викликаючи гідрофізичні, гідрохімічні та гідробіологічні зміни, і дуже впливають на процеси, що визначають якість води та біопродуктивність.

Наслідки впливу гідротехнічного будівництва на екосистеми водних об’єктів можна поділити на такі групи:

1. Морфометричні параметри:

- зміна окреслення та протягу берегової лінії;

- перерозподіл глибин;

- зміна площі водного дзеркала.

2. Гідрофізичні параметри:

- збільшення чи зменшення водності;

- перерозподіл водного стоку в часі та просторі;

- зміна швидкості течії;

- зміна гідродинамічного режиму по вертикалі та площі акваторії;

- зміна водообміну;

- зміна термічного режиму.

3. Гідрохімічні параметри:

- зміна загальної мінералізації та іонового вмісту;

- зміна газового (кисневого) режиму;

- збільшення вмісту органічних та біогенних речовин.

4. Токсикоекологічні параметри:

- збільшення вмісту важких металів, пестицидів, радіонуклідів;

- зміна режиму трансформації та міграції токсикантів в екосистемах;

- збільшення індексів біотестів.

5. Гідробіологічні та біопродуктивні параметри:

- зміна складу флори та фауни гідробіонтів;

- зникнення рідкісних видів;

- зменшення кількості (майже до повного зникнення) важливих господарських видів;

- розвиток шкідливих видів, які викликають біологічні перешкоди, захворювання промислових тварин та людини;

- зміна складу гідробіоценозів;

- деградація суспільств гідробіонтів;

- зменшення біопродуктивності;

- погіршення рибогосподарського використання водних об’єктів: умов нересту цінних видів риб, їх кормової бази;

- збільшення біологічного забруднення;

- поява “цвітіння” води, обростання схилів каналів, заростання та заболочування водоймищ та водотоків;

- зниження умов деструкції органічної речовини і самоочищення;

- порушення балансу продукційно-деструкційних процесів.

6. Параметри якості води:

- зміна загальної мінералізації та іонного вмісту;

- зниження вмісту розчиненого кисню;

- збільшення мутності, концентрації завислих речовин;

- збільшення РН;

- збільшення концентрації органічної речовини;

- поява багатої біомаси фітопланктону (“цвітіння” води);

- погіршення бактеріологічних показників – загальної чисельності, сапрофітних бактерій, бактерій групи кишкової палички;

- наявність фенолів, що утворюються при розкладанні фітогенного органічного матеріалу;

- збільшення гідробіологічних індексів;

- збільшення кольоровості води;

- поява токсинів синьо-зелених водоростей.

Ці зміни гідрофізичних та морфометричних факторів суттєво впливають на структурно-функціональні характеристики суспільств гідро-біонтів, процеси біологічного самоочищення та забруднення.