9.3. Управление на околната среда в енергетиката
Енергията като система включва пет относително независими етапа:
добив на природни горивно-енергийни ресурси (ПЕР);
производство на преобразувани видове енергия и тяхното транспортиране;
Въздействието на енергията върху околната среда се проявява, първо, в отнемането и потреблението на природни ресурси (земя, вода и др.); второ, във въздействието на отпадъците от производството на енергия; трето, във физическото замърсяване на околната среда (радиационно, електромагнитно, топлинно).
В процеса на разработване на горивни и енергийни ресурси има промяна в релефа, нарушаване на почвата, растителната покривка, повърхностния и подземния отток. Дългосрочната експлоатация, например, на петролни полета е съпроводена с понижаване на земната повърхност. В Калифорния, по време на разработването на полето Лонг Бийч, потъването достигна 8,8 м. В някои случаи, ако има кухини в недрата, могат да възникнат внезапни дълбоки потъвания, които по отношение на естеството на потока и причинения ефект не се различават много от земетресенията. Слягането на земната повърхност може да причини свлачища.
В процеса на минни дейности в местен мащаб се променя разпределението на подземните и повърхностните води и се нарушава водообменът. Поради увеличаване на скоростта на обмен на вода концентрацията на микроелементи в природните води намалява. В редица случаи дисбалансът на водните ресурси води до наводняване на прилежащи територии и промени в речните легла. Образуването на сметища на въгледобивната промишленост с площ над 200 хектара води до повишаване на нивото на подземните води и появата на езера и блата в околността.
В резултат на добива, например на въглища, водните тела се замърсяват с отпадъчни води. Големи обеми отпадъчни води са свързани с високото съдържание на вода в разработените въглищни находища: 12 m 3/t - в мините на Московския регион, 3 m 3 /t - на Донецкия басейн. Отпадъчните води се характеризират с висока киселинност или алкалност, твърдост и минерализация. Поради наличието на минерални и органични замърсители, те причиняват химическо замърсяване на водоемите.
Замърсяването на въздуха се получава в резултат на отделянето на прах и газообразни вещества по време на открити и подземни минни дейности (дъмпинг), по време на взривни работи, по време на работа на минно оборудване, по време на товарене и транспортиране на твърдо гориво, на купища отпадъци, по време на самозапалване на насипи. В зоните за добив на въглища във въздуха влизат прах, серен диоксид, въглероден оксид, сероводород, азотни оксиди и други съединения.
Опасни за околната среда и транспортирането на енергийни ресурси. При железопътния транспорт на течни въглеводороди най-голямата опасност от гледна точка на замърсяването на околната среда е способността им да се изпаряват и изтичат по време на товарене.
Основната форма на въздействие на нефтопроводите е замърсяването на почвите, водните тела и повърхностния слой на атмосферата с нефт и продукти от неговото изпарение, а в райони с вечно замръзнали почви - размразяване на почвата по време на всички видове полагане на тръбопроводи, с изключение на надземното, и неговата работа при липса на топлоизолация на тръбопровода. При премахване на растителната покривка дълбочината на размразяване се увеличава средно 1,5–3 пъти. Ако околната среда е замърсена с нефтопродукти, дори след 15 години растителността се възстановява само наполовина.
Транспортирането на течни въглеводороди по море води до замърсяване на водните тела с нефт и нефтопродукти, когато танкери изхвърлят баластни води, както и в случай на аварии. Въздействието на газопроводите върху природата е по-малко забележимо.
Въздействието на енергията върхуоколната среда в по-голяма степен зависи от вида на използваните енергийни носители. Най-чистото гориво е природният газ, следван от нефт (мазут), въглища, кафяви въглища, шисти, торф. По време на експлоатацията на топлоелектрически централи, атомни електроцентрали, първо, се генерира голямо количество нискокачествена топлина и второ, значително количество твърди, течни и газообразни отпадъци. Неизбежността на топлинните емисии се дължи на ниската ефективност на използването на потенциалната топлинна енергия на енергийните ресурси, използвани в ТЕЦ и АЕЦ: не повече от 40% за ТЕЦ и 33% за АЕЦ.
Количественият и качественият състав на емисиите на ТЕЦ в атмосферата зависи от свойствата на горивото, метода и съвършенството на технологията на неговото изгаряне. Свойствата на горивото до голяма степен се определят от неговия химичен състав, горима маса и баласт. Основните горими съставки са въглеводород, водород и сяра. Когенераторите на въглища отделят 1230 тона въглероден диоксид на 1 милион kWh генерирана енергия, когенераторите на газ – 510 т. Серният диоксид е един от най-токсичните газови емисии от електроцентралите.
Емисиите от топлоелектрическите централи се отличават със значително количество метали и техните съединения. Когато се преобразуват в смъртоносни дози, годишните емисии на ТЕЦ с мощност 1 милион kW съдържат повече от 100 милиона дози алуминий и неговите съединения, 400 милиона дози желязо и 1,5 милиона дози магнезий. Смъртоносният ефект на тези замърсители не се проявява само защото те влизат в тялото в малки количества.
Емисиите от топлоелектрическите централи са значителен източник на такъв силен канцероген като бензопирен. Действието му се свързва с увеличаване на онкологичните заболявания. Емисиите от топлоелектрическите централи, работещи с въглища, също съдържат оксиди на силиций и алуминий. Тези абразивни материали могат да разрушат белодробната тъкан и да причинят заболявания катосиликоза, от която страдаха миньорите.
Сериозни екологични проблеми са свързани с твърдите отпадъци от топлоелектрическите централи – утайки, пепел, въглищен хвост. Значителни територии са отчуждени от националния стопански оборот за съхранение на твърди битови отпадъци. Ако самата ТЕЦ със среден капацитет заема 200–300 ха, тогава площта на депото за пепел след 10 години работа на ТЕЦ достига 800–1500 ха. Пепелта и шлаката са подобни по състав на металургичните. Отпадъците от обогатителни инсталации за въглища съдържат 55-60% силициев оксид, 22-26% алуминиев оксид, 5-12% железен оксид, 0,5-1% калциев оксид, 4-4,5% натриев оксид, 5% въглерод.
Всяка година около 250 милиона тона фини аерозоли навлизат в атмосферата под формата на емисии от ТЕЦ. Последните влияят на потока слънчева радиация към земната повърхност. Те, като ядра на кондензация на водна пара, допринасят за образуването на валежи и когато навлязат в човешкото тяло, причиняват респираторни заболявания.
Водата, използвана в топлоелектрическите централи, генерира отпадъчни води, съдържащи различни химикали и голямо количество топлина. Тези води причиняват термично и химично замърсяване на водните обекти и съпътстващите го промени (растеж на водорасли, загуба на кислород, смърт на водни организми, превръщане на типичните водни екосистеми в блата и др.). Наред с термичното замърсяване възниква и шум, който се разпространява на разстояние 3-4 км от ТЕЦ-а.
Има данни, че топлоелектрическите централи замърсяват околната среда с радиоактивни вещества 2-4 пъти повече от атомните електроцентрали със същия капацитет.
Въздействието на атомните електроцентрали върху околната среда се проявява в следното:
Унищожаване на екосистеми на места, където се добиват руди (особено в открита яма).
Отнемане на земя за изграждане на атомни електроцентрали, особено за изграждане на съоръжения за доставка,отвеждане и охлаждане на нагрятата вода. За електроцентрали с мощност от 1 000 MW е необходимо охладително езерце с площ от около 800 - 900 хектара.
Изтегляне на значителни количества вода от различни източници и изпускане на загрята вода. Производството на един милион kW електроенергия в топлоелектрическите централи осигурява 1,5 km 3 загрята вода, в атомните електроцентрали със същия капацитет - 3 - 3,5 km 3.
Радиоактивно замърсяване на природни компоненти в процеса на добив и транспортиране на суровини, по време на експлоатация на атомни електроцентрали, съхранение и преработка на отпадъци и тяхното погребване. В процеса на ядрени реакции се използва 0,5 - 1,5% ядрено гориво. Ядрен реактор с мощност 1000 MW произвежда около 60 тона радиоактивни отпадъци годишно. В природната среда постъпват Cs 134, Cs 137, Sr 90, Sr 89, I 31, Co 60, Co 58, Mn 54 и др.
Най-опасни по отношение на въздействието върху живите организми са цезий 137 и стронций 90, които по химични свойства са близки до калия и калция, които причиняват генетични промени в клетките на живите организми и човека. В Беларус, в резултат на експлозията в атомната електроцентрала в Чернобил, ракът на различни органи е често срещан при хората. Натрупването на радионуклиди се улеснява от дисбаланс в храненето, т.е. дефицит на животински протеини, витамини А, С, В, калциеви и железни соли. В тази връзка пълноценното протеиново-витаминно хранене на хората, изложени на радиоактивно замърсяване, е от голямо значение.
Хидроенергията няма глобално въздействие върху състоянието на въздушния басейн, но изграждането на водноелектрически централи има различни екологични последици.
Енергията, генерирана в електроцентралите, се предава по електропроводи. Източници на въздействие върху околната среда на въздушните линии са: електрически проводници, стълбове, подстанции и отворени разпределителни уредби.
Природатавъздействие върху околната среда, препоръчително е влиянието на линиите с високо напрежение да се раздели на механични и специфични - електромагнитни. В същото време химическото замърсяване на въздуха възниква с продукти, произтичащи от коронни разряди (отлив на газ), както и шум. Високите дози електромагнитно излъчване влияят негативно предимно на човешката нервна и кръвоносна система, което води до сърдечно-съдови заболявания. Шумът, генериран от електропроводите, нарушава честотата на радиопредаване и различни видове комуникации, а също така влияе неблагоприятно на човек. Нива на шум от 140-150 dB причиняват на хората главоболие, кашлица, замъглено зрение и умора. Ефектите от акустичното въздействие върху човек са подобни на ефекта, причинен от електрическо поле в подстанции от 500 kV и повече.
За решаване на екологичните проблеми в енергийния сектор е препоръчително:
използване и подобряване на почистващи устройства, като филтри;
спестяване на енергия, например чрез намаляване на енергийната интензивност на продуктите. Например в САЩ за единица продукция е изразходвана средно 2 пъти по-малко енергия, отколкото в бившия СССР. Обещаващо е да се пести енергия чрез намаляване на потреблението на метал в продуктите, подобряване на тяхното качество и увеличаване на продължителността на живота на продуктите. Спестяването на енергия в ежедневието и на работното място е възможно чрез подобряване на изолационните свойства на сградите. Например спестяванията идват от замяната на лампи с нажежаема жичка с ефективност около 5% с луминесцентни лампи, чиято ефективност е няколко пъти по-висока. Изключително разточително е да се използва електрическа енергия за производство на топлина. Производството на електроенергия в топлоелектрическите централи е свързано със загубата на приблизително 60 - 65% от топлинната енергия, в атомните електроцентрали - най-малко 70% от енергията. Енергията се губи, когато се предава по кабели на разстояние. Затова директноизгарянето на гориво за производство на топлина, особено газ, е много по-ефективно от превръщането му в електричество и след това обратно в топлина. Ефективността на горивото също се повишава значително, когато се използва вместо топлоелектрическа централа в топлоелектрическа централа;
за намаляване на въздействието на електропроводите върху околната среда се разработват организационни и технически мерки, насочени към ограничаване на времето, прекарано от хората в зоната на електромагнитното поле (първа цел) и ограничаване на силата на полето (втора цел). Първата цел се обслужва от различни стандарти за напрежение, разработени за специфични пространствени и времеви условия на излагане на електромагнитно поле върху човек. За решаване на втория проблем се използват специални заземени екрани до допустимите нива: метални навеси, прегради за отворени разпределителни уредби, метални кабели за биосигурност, опънати върху заземени стелажи; както и екраниращият ефект, който има дървесно-храстов масив;
най-радикалният начин за борба с шума е акустично подобряване на самия източник на шум, инсталиране на акустични капани;
използване на алтернативни източници на енергия: слънчева, приливна, вятърна и др. Например, има два известни начина за преобразуване на слънчевата енергия в електрическа. Първият начин е свързан с използването на слънчеви клетки за индуциране на електрически ток от слънчева енергия без допълнителни устройства. Вторият начин за преобразуване на слънчевата енергия е свързан с превръщането на водата в пара, която задвижва турбогенераторите.
В райони със силно движение на въздуха вятърът може да се използва за генериране на електрическа енергия. В САЩ, например, вятърна ферма е построена на базата на комбиниране на голям брой малки вятърни турбини.с мощност около 1500 MW (около 1,5 АЕЦ). В допълнение към неизчерпаемия ресурс и високата екологичност на производството, предимствата на вятърните турбини включват ниската цена на енергията, която получават. Тук тя е 2-3 пъти по-ниска, отколкото в ТЕЦ-овете и АЕЦ-овете.