Энергетика и окружающая среда

 

Энергетика - основной движущий фактор развития всех отраслей промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства, база повышения производительности труда и благосостояния населения. У нее наиболее высокие темпы развития и масштабы производства. Доля участия энергетических предприятий в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания органических видов топлива содержащих вредные примеси, а также отходами низкопотенциальной теплоты весьма значительна.

Теплоэнергетика. На долю электроэнергетики приходится приблизительно одна четверть всех потребляемых энергоресурсов. Остальные три четверти приходятся на промышленное и бытовое тепло, на транспорт и, наконец, на металлургические и химические процессы. Ежегодное потребление энергии в мире приблизилось к 12 млрд. тонн условного топлива (1 тонна условного топлива по теплотворности эквивалентна 1 т. каменного угля; 2,5 т. бурого угля; 0,7 т. нефти; 770-850 м³ газа. Теплота сгорания 1 ТУТ = 29330 кДж/кг). К 2030 г. этот показатель достигнет, по прогнозам экспертов, 18- 23 млрд. ТУТ.

Энергетика — важнейший фактор в процессе преобразования природы человеком. Современная энергетика играет роль антропогенной “силы природы”, успешно соперничает с могуществом ее стихий. Воздействие установок на окружающую среду зависит от вида сжигамого топлива.

Твердое топливо. За многие миллионы лет природа накопила богатейшие запасы углерода в виде угля, нефти и природного газа. Научные прогнозы показывают, что мировая добыча нефти и природного газа достигнет своего максимума через 20 - 30 лет, а затем начнется снижение их добычи. В США эта закономерность уже действует. Так, добыча природного газа в США в 1975 г. составляла 558 млрд. м3, а в 1986 г. снизилась до 473 млрд. м3. Расчёты, проведённые учёными разных стран, показывают, что реальных запасов нефти на Земле хватит на 40 - 50 лет, природного газа — на 30 - 40 лет. Уголь — самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. Прогнозные запасы угля, доступного к разработке, оцениваются в 2,5 -3 трлн. тонн. Если исходить из современной ежегодной мировой добычи угля (примерно 3 млрд. тонн), то его хватит на 1000 лет.

При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают: летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе донецких антрацитов в незначительных количествах содержится мышьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений — свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Канско-Ачинского бассейна — свободный оксид кальция и во всех углях содержатся радиоактивные изотопы урана.

Кроме того, уголь распространен по всему миру более равномерно и он более экономичен, чем нефть.

Экибастузское месторождение дает четвертую часть всего угля, добываемого в СНГ открытым способом. Запасы этого самого дешевого угля оцениваются примерно в 9 млрд.т. Однако, он обладает высокой зольностью (до 50%). Экономически выгодно перерабатывать такое топливо на месте и чистую энергию передавать по проводам. Поэтому, в Экибастузе возведены несколько крупных тепловых электростанций общей мощностью 20 млн. кВт¹.

Синтетическое жидкое топливо из угля. Метод получения горючего путем переработки угля известен давно. Однако слишком высокой была себестоимость такой продукции, велики энерготраты, дорого стоила и аппаратура. Процесс происходит при высоком давлении — до 707 •10⁵ Па. Институтом горючих ископаемых разработаны производственные процессы, начиная от подготовки угля к переработке и кончая так называемым разливом готового топлива — бензина, дизельного топлива, мазута. На установке операции выполняются при давлении в 101 -10⁵ Па. На этой установке доказана возможность получения топлива для автомобилей из угля. У топлива из углей есть одно неоспоримое преимущество — у него выше октановое число. Это означает, что экологически оно будет более чистым.

В специальных установках при повышенном давлении и быстром нагреве угольных частиц можно производить высококалорийный пылевидный полукокс, жидкие смолы и газ. На крупных энерготехнологических комбинатах предусмотрено получение энергии электрической и тепловой путем сжигания полукокса и газа, а смолы послужат сырьем углехимии.

Будущие комбинаты, которые придут на смену обычным угольным ГРЭС при равной мощности будут иметь более высокий КПД производства энергии, а их выбросы в атмосферу окажутся ниже во много раз. Кроме того, подобный комбинат произведет за год до трех миллионов тонн смолы полукоксования денного сырья для получения химических продуктов ароматического ряда или для изготовления искусственного жидкого топлива.

Совершенствование технологии сжигания. Один из важных путей использования низкокалорийных углей — сжигание их в так называемом “кипящем слое”. Сущность процесса заключается в следующем: слой мелкодробленного угля толщиной 1-2 м продувают снизу горячим воздухом, частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии, что обеспечивает полноту их сгорания.

Главное достоинство этого способа - увеличение коэффициента использования топлива. При этом резко снижается требование качеству самого топлива: топочное устройство с “кипящим” слоем каталитический генератор — может эффективно использовать сам низкосортные, высокозольные угли. Кроме того, в “кипящем слое” достигается высокая интенсивность процесса горения и теплообмена, что позволяет в несколько раз уменьшить габариты и металлоемкость генератора по сравнению с существующими агрегатами на тепловых станциях. И, наконец, использование генератора резко снижает, выбросы в атмосферу вредных продуктов сгорания угля — оксида углерода и оксидов азота.

Подземная газификация. С экологической, да и с экономической точки зрения обычный метод прямого сжигания угля для получения электроэнергии и тепла в перспективе считается далеко не единственным и совсем нелучшим способом использования больших количеств твердого топлива. Большое экологическое значение имеет подземная газификация угля прямо на месте залегания пластов. Эта идея зародилась в 20-х годах XX в. Первоначально речь шла о том, чтобы пробурить землю до угольных пластов, ввести туда водяной пар и воздух, нагретый до высокой температуры, и дать таким образом начало химической реакции, которая высвободила бы большое количество водорода, оксида углерода и метана.

В России есть большой опыт по газификации угля под землей в самых различных условиях его залегания. Полученные результаты показывают, что по производительности труда подземная газификация угля фактически не уступает традиционной его открытой добыче. При этом из 1 т угля на поверхность извлекается 3-4 тыс. м³ газа, а также ряд ценных сопутствующих компонентов. С реализацией такого способа в больших масштабах извлечение жидких продуктов газификации станет вполне рентабельным и заметно улучшит экономические показатели всего процесса.

Дальнейшей экологизации энергетики могут послужить и методы наземной газификации его углей. В Советском Союзе была создана парогазовая установка мощностью 250 тыс. кВт, обеспечивающая газификацию твердого топлива. Эта установка превращает уголь в газообразное топливо. Полученные газы направляются в парогенератор и затем поступают в газовую турбину. Это сводит к минимуму выбросы в атмосферу оксидов серы и азота, золы и других компонентов и гораздо эффективнее обычной очистки огромных объемов дымовых газов и не требует сооружения дорогостоящих электрофильтров и сверхвысоких труб. Побочной продукцией газоэнергохимических комбинатов будут ценные химические полупродукты и зола, остающиеся в газогенераторах. Их утилизация вполне реальна и экономически выгодна. Так, сочетание различных способов предварительной переработки твердого топлива с дальнейшим получением электроэнергии, тепла, ценных химических соединений, искусственного жидкого топлива в рамках межотраслевых комбинатов позволит вплотную приблизиться к действительно безотходному использованию углей.

Торф. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд отрицательных последствий для окружающей среды, возникающих в результате добычи торфа в широких масштабах. К ним, в частности, относятся нарушение режима водных экосистем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобычи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухудшение условий существования животных. Значительные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа.

Жидкое топливо. При сжигании жидких топлив (мазутов) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают: сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, газообразные и твердые продукты неполного сгорания топлива, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более “гигиеничное”. При этом полностью отпадает проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории, исключают их полезное использование и являются источником постоянных загрязнений атмосферы в районе станции из-за уноса части золы с ветрами. В продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола.

Природный газ. Замена угля, сжигаемого в промышленных печах, газом повышает их производительность, коэффициент полезного действия, снижает затраты на обслуживание, улучшает качество конечных продуктов (металла, строительных материалов и др.). Массовый перевод котельных, городских электростанций, печей и других энергетических установок на газ помимо роста производительности, к. п. д., снижения их стоимости и численности обслуживающего персонала резко улучшает экологическую обстановку, особенно крупных городов. Социально-экологические и экономические преимущества использования природного газа настолько неоспоримы.

Общеизвестна роль газовой промышленности в оздоровлении атмосферы городов при замене угля и нефтепродуктов на природный газ. Установлено, что, если уровень загрязненности атмосферного воздуха при использовании угля принять за единицу, сжигание мазута дает 0,6, а использование природного газа снижает эту величину до 0,1 - 0,2.

При сжигании природного газа единственным существенным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжигании угля. Это объясняется не свойствами самого топлива, а особенностями процессов их сжигания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ниже, чем при сжигании природного газа. Таким образом, природный газ является наиболее экологически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

Тепловые электростанции. Основу бывшей советской электроэнергетики составляли тепловые электростанции. На них вырабатывалось около 70% общего объема электроэнергии. Тепловые станции выбрасывают в атмосферу около 29% от общего количества всех вредных отходов промышленности. Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения. Наиболее вредны конденсационные электрические станции, работающие на низкосортных топливах. Так, при сжигании на станции за 1 ч 1060 т донецкого угля из топок котлов удаляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99%,- 193,5 т золы, а через трубы в атмосферу выбрасывается 10 млн. м³ дымовых газов. Эти газы, помимо азота и остатков кислорода, содержат 2350 т диоксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксида серы, 9,34 т оксидов азота (в пересчете на диоксид) и 2 т летучей золы, не “пойманной” электрофильтрами.

Сточные воды ТЭС и ливневые стоки с их территорий, загрязненные отходами технологических циклов энергоустановок и содержащие ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы. Изменение химического состава воды в результате увеличения концентрации тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме условий обитания и сказывается на видовом составе и численности водных организмов и бактерий и, в конечном счете, может привести к нарушениям процессов самоочищения водоемов от загрязнений и к ухудшению их санитарного состояния.

Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушениями их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром. При работе турбин необходимо охлаждать водой отработанный пар. Поэтому от энергетической станции непрерывно отходит много воды, подогретой обычно на 8-12°С и сбрасываемой в водоем. Крупные ТЭС и АЭС нуждаются в больших объемах воды. Они сбрасывают в подогретом состоянии 80-90 м³/с воды. Это означает, что в водоемы непрерывно поступает мощный поток теплой воды примерно такого масштаба, как река Москва. АЭС при такой же мощности, как ТЭС, требуют в среднем в 1,5 раза больше воды для охлаждения.

Зона подогрева, образующаяся в месте впадения теплой “реки” представляет собой своеобразный участок водоема, в котором температура максимальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее. Зоны подогрева крупных ТЭС занимают площадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в зоне подогрева образуются полыньи (в северных и средних широтах). В летние месяцы температура в зонах подогрева зависит от естественной температуры забираемой воды. Если в водоеме температура воды 20°С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С.

В результате повышения температур в водоеме и нарушения естественного гидротермического режима, интенсифицируются процессы “цветения” воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются физические свойства воды, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, увеличивается рН, увеличивается скорость разложения легко окисляющихся веществ. Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается.

Теплоэлектроцентрали. Чтобы снизить все показатели обмена “электростанция - окружающая среда”, важно повышать эффективность использования топлива. Один из путей к этому - расширение комбинированной выработки теплоты и электроэнергии на теплоэлектростанциях. Большое значение имеет осуществление централизованного теплоснабжения городов от крупных ТЭЦ; оно позволяет ликвидировать множество мелких отопительных котельных, чьи трубы нередко дымят на уровне верхних этажей многоэтажных зданий.

Размещение ТЭС. Ряд ограничений и технических требований при выборе площадки под строительство диктуется экологическими соображениями. При сооружении электростанций, прежде всего ТЭЦ, в городах или пригородах проектируется создание лесных полос между станцией и жилыми массивами. Это уменьшает воздействие шума на близлежащие районы, способствует задержанию пыли при ветрах в направлении жилых массивов.

Защита воздушного бассейна. Защита атмосферы от основного источника загрязнений ТЭС — диоксида серы — осуществляется, прежде всего, путем его рассеивания в более высоких слоях воздушного бассейна. Для этого сооружаются дымовые трубы высотой 180, 250 и даже 420 м. Более радикальное средство сокращения выбросов диоксида серы - выделение серы из топлива до его сжигания на ТЭС. В настоящее время существуют в основном два способа предварительной обработки топлива для снижения содержания серы, которые рекомендуются к промышленному использованию. Первый способ — химическая адсорбция, второй — каталитическое окисление. Оба способа позволяют улавливать около 90% диоксида.

В настоящее время повсеместно внедрена комбинированная система золоулавливания: труба Вентури — скруббер — электрофильтр. С ее помощью, по-видимому, удается достичь степени очистки дымовых газов от золы не менее, чем на 99,7%. Такая тщательная фильтрация требуется высокозольным углям (например, экибастузским). На ТЭЦ в г. Чайковском и Пермской ГРЭС внедрены двухъярусные электрофильтры.

Защита водного бассейна. У меньшение отрицательного влияния сбросного тепла на водные бассейны может быть достигнуто разными путями: организация водохранилищ охладителей вне водотоков, использование малопродуктивных озер, реконструкция мелких или засоленных озер и т. д. Целесообразно внедрять такие схемы использования водохранилищ, которые позволят применять холодную воду придонных слоев, создавать в водохранилищах - охладителях новое экологическое равновесие в условиях более высоких температур с целью разведения теплолюбивых рыб, дополнительно охлаждать воду перед ее сбросом в водоем и т. д. В среднем на 1 кВт установленной мощности ТЭС необходимо 5-8 м² поверхности водохранилища.

В проблеме теплового загрязнения водоемов важное значение имеет обоснование предела их допустимого подогрева. Санитарным законодательством предусмотрено повышение температуры воды в водоеме на 3° С по сравнению с максимальной среднемесячной. Это требование осуществляется двумя основными путями — ускорением процесса смешения тепловых сбросных вод со всей массой воды водоема за счет гидрологического фактора и на основе создания замкнутых оборотных систем водоснабжения. Это достигается сооружением градирен, обеспечивающих охлаждение воды до требуемой температуры с последующим возвратом ее на ТЭС.

Использование шлака и золы. В среднем для сооружения крупных ТЭС необходима площадь около 2-3 км², не считая золоотвалов и водохранилищ-охладителей. С учетом шлакоотвалов, карьеров, подъездных дорог и вспомогательных построек занимаемая электростанцией площадь возрастает до 3-4 км². На этой территории изменяется рельеф местности, нарушаются характеристики поверхностного стока, структура почвенного слоя и экологическое равновесие.

На ряде ГРЭС намечено создание крупных комплексов по переработке уловленной золы. Одно из новых направлений комплексного использования твердого топлива - получение промышленно ценных сплавов и сырья для строительной индустрии из шлаковых расплавов. Например, получение ферросиликоалюминия на поде топки котла. Первый опыт по внедрению этой разработки получен на Старобешевской ГРЭС.

Десятки тысяч тонн цемента и песка позволят сэкономить использование в строительстве буроугольной золы. Проведенные эксперименты показали, что 60-100 кг остаточного продукта сгорания бурого угля могут с успехом заменить 60 кг цемента или 150 кг песка. Панели для крупноблочного строительства, изготовленные с использованием золы, по прочности не уступают изготовленным по традиционным рецептам. Они имеют более гладкую поверхность, так как зола мельче песка.

Водородная энергетика. Широкое использование водорода в качестве источника энергии будет способствовать сохранению чистоты окружающей среды. Ведь в процессе его сгорания выделяются лишь пары дистиллированной воды. Теплота сгорания водорода 11 723 кДж/кг. Это почти втрое больше, чем у нефти и нефтепродуктов, примерно вчетверо больше, чем у каменного угля.

Мировое производство водорода в 1981 г. превышало 200 млрд. м³ год. Свыше половины его используется в производстве аммиака и около 30% - на нефтеперерабатывающих заводах. Наиболее крупными потребителями водорода в мире являются Россия и США (табл. 21).

Основным и неисчерпаемым источником получения водорода является вода, которая используется почти во всех методах производства его из горючих ископаемых (природного газа, нефти, угля и др.). Процессы прямого получения водорода из воды не находят пока широкого применения из-за больших энергетических затрат, однако они представляют интерес как процессы будущего. Другие технологические процессы производства водорода можно разбить на две группы:

1) неполное окисление горючих ископаемых (их газификация, конверсия);

2) термическое разложение (пиролиз) горючих ископаемых.

Большая часть промышленных процессов производства водорода относится к первой группе. Они основаны на получении технологических газов, содержащих смесь Н, СО, СО₂, из которых в последующих стадиях выделяется водород. В настоящее время наиболее экономичным процессом производства водорода в промышленных условиях является паровая конверсия природного газа.

В качестве прообраза будущих реакторов можно рассматривать созданные в Москве, Новосибирске и Ереване катализаторы и лабораторные установки для разложения воды на кислород и водород. Большие надежды возлагают, в частности, на каталитические системы, в которых моделируется природный фотосинтез, происходящий в живых растениях, а также на полупроводниковые солнечные преобразователи. Важным элементом фотокаталитических энергетических установок станут солнечные полигоны, где в специальных реакторах будет происходить процесс разложения воды на водород и кислород.

Таблица 21

Потребление водорода в промышленности США

Отрасли промышленности	1983 г	2000 г.
продукт	млрд. м3	%	млрд. м3	%
Производство аммиака
Производство метанола
Переработка нефти
Металлургия
Синтетическое топливо
Итого

 

Гидроэнергетика На долю гидростанций в 1983 г. приходилось около 13% общей выработки электроэнергии.

Производство электроэнергии на гидростанциях не вызывает загрязнения внешней среды, однако плотины гидроэлектростанций нарушают экологический баланс водоема, препятствуют свободной миграции рыбы, особенно ценных видов, влияют на уровень грунтовых вод, вызывают геологические изменения.

Малые гидроэлектростанции (МГЭС) строились еще в прошлом веке. Это были простейшие сооружения, порой из дерева, и многие разрушались при первом же серьезном паводке. Подлинный бум малые ГЭС в СССР пережили после Великой Отечественной войны, когда требовалось быстро и без больших затрат обеспечить страну энергией. Они сыграли значительную роль в восстановлении экономики, разрушенной в годы войны, и стали постепенно отходить на второй план. Страна быстро строила свою большую энергетику. Начали давать ток первые гидростанции Волжского каскада, создавалась развитая электрическая система, к которой в европейской части СССР были со временем подключены все промышленные и даже сельские потребители.

Аналогичный процесс характерен и для большинства высокоразвитых стран. Так, в США было закрыто около 3000 малых ГЭС. Однако в 1880 годы именно к малым ГЭС было в США проявлено повышенное внимание. Так, на реализацию программы по их внедрению было выделено около 300 млн. дол. в 1984 году. Вернули в эксплуатацию 2150 ранее списанных станций, рассматривалось предложение о том, чтобы довести к 2010 г. общую мощность МГЭС до 50 млн. кВт.

МГЭС практически не изменяют природные условия: не затапливают большие земельные площади и даже снижают пики половодья, улучшают водообмен и аэрацию. Однако МГЭС ни в коей мере нельзя рассматривать как альтернативу большой энергетике. Оба направления должны развиваться параллельно, дополняя друг друга. МГЭС мощностью 1 МВт может обеспечить энергией до 500 полностью электрифицированных (с электроотоплением, горячим водоснабжением, кондиционированием воздуха) современных жилых домов в сельской местности. При мощности 10 МВт энергии хватит для энергоснабжения крупного поселка. МГЭС могут служить надежным маневренным резервом промышленных предприятий. Возвращение МГЭС происходит на новом техническом уровне, и к ним предъявляются иные требования.

Атомная энергетика. В последнее время атомная энергетика является наиболее быстро развивающимся звеном топливно-энергетического хозяйства мира.

По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) в 2010 году 30 стран пользовались ядерной энергией для производства электрической. Всего в мире существовало 441 АЭС, и 27 АЭС находились в стадии строительства. К 2025 году будет построено еще, как минимум, 60 атомных электростанций. Особый рост потребности в электроэнергии в ближайшие 15 лет будет наблюдаться в Индии и Китае. По прогнозам МАГАТЭ, до 2020 года в Индии будет построено десять полномасштабных АЭС, а в Китае - шесть. Как считают эксперты МАГАТЭ, общая мощность потребляемой электроэнергии за 15 лет возрастет с сегодняшних 367 гигаватт до 430 гигаватт.В целом же объемы атомной энергии от всей потребляемой энергии возрастут в глобальном масштабе до 2020 года с 16% до 17%.

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (836,63 млрд кВт·ч/год), Франция (439,73 млрд кВт·ч/год), Япония (263,83 млрд кВт·ч/год), Россия (160,04 млрд кВт·ч/год), Корея (142,94 млрд кВт·ч/год) и Германия (140,53 млрд кВт·ч/год). В мире действует 441 энергетический ядерный реактор общей мощностью 375 ГВт

Для сравнения: экологически чистые ветровые электростанции производят чуть более 118 тыс. мегаватт электроэнергии, солнечная энергия служит источников лишь 288 мегаватт. Энергетическая программа США предполагает строительство новых атомных электростанций, как было заявлено "абсолютно надежных".

Чуть меньше четверти из всех реакторов находятся в США - 104. Во Франции 59 реакторов, в Японии - 53, Великобритании - 35. Россия, со своими 29 реакторами, занимает четвертое место в этом списке, Германия - пятое (19). В Южной Корее работает 16 реакторов, в Канаде - 14, на Украине - 13, в Швеции - 11. У остальных стран менее десяти реакторов. У Китая, например, их только три, однако строятся 7 новых. В ряде стран мира, например, в Германии и Великобритании, известны случаи закрытия атомных электростанций. Франция и Швеция, фактически ввели мораторий на строительство новых станций.

 

Рисунок 12. Распространение атомных электростанций в мире

Франция — страна, наиболее зависящая от ядерной энергетики, атомные электростанции обеспечивают производство 76.4% потребляемой ей электроэнергии. На втором месте — Литва (73.7%), на третьем — Бельгия (56.8%). Украина занимает пятую позицию (47.3%). Из стран бывшего ССР, в топе "атомного" рейтинга также находятся Армения (33%), Россия (14.9%). Для сравнения: Япония на 33.8% зависит от атомной энергетики, Финляндия — на 32.1%, Германия — на 30.6%, Великобритания на 21.9%, США — на 19.8%, Индия — на 3.1%. Китай занимает тридцатое место в этом списке — атомная энергетика обеспечивает потребности страны только на 1.2%.

Атомные электростанции приносят меньший вред окружающей среде, чем тепловые. Специалисты подсчитали, что, если все действующие и вновь строящиеся электростанции на планете. условно перевести на уголь, то общее загрязнение атмосферы возрастает в тысячу раз. А, если все станции сделать атомными, то этот показатель десятикратно уменьшится по сравнению с сегодняшним уровнем.

Ядерное горючее обладает исключительно высокой энергоемкостью — почти в 2,5 млн. раз большей, чем каменный уголь, что, естественно, сокращает расходы на его доставку.

Строительство АЭС осуществляют на расстоянии 30-35 км от крупных городов. Участок хорошо проветривается, во время паводка не затопляется. Вокруг АЭС предусматривают место для санитарно-защитной зоны, в которой запрещается проживание населения.

На АЭС предусматриваются меры для полного исключения сброса сточных вод, загрязненных радиоактивными веществами. В водоемы разрешается отводить только строго определенное количество очищенной воды с концентрацией радионуклидов, не превышающей уровень для питьевой воды. В расчете на единицу производимой энергии АЭС сбрасывает в окружающую среду больше теплоты, чем ТЭС при аналогичных условиях. Расход воды на охлаждение, например, для одной из крупнейших Российских тепловых станций — Конаковской ГРЭС составляет 70-90 м³/с, что соответствует стокам таких рек, как Южный Буг. Для мощных АЭС этот расход достигает 180 м³/с. В связи с этим, основное внимание уделяется разработке замкнутых циклов охлаждения и новым способам отвода теплоты, в том числе и воздушно-конденсационными установками.

В настоящее время серьезно рассматривается проблема создания крупных комплексов, рассчитанных на максимальное использование тепловых сбросов. В этих комплексах будет использоваться “сбросное тепло” электростанций в различных тепличных хозяйствах для растениеводства, в рыбных водоемах, подогреваемых за счет тепловых сбросов, и в других направлениях.

АЭС на быстрых нейтронах. В обозримом будущем может возникнуть дефицит ядерного топлива, подобный тому, который наблюдается ныне в ряде стран по органическому сырью. Вот почему ученые разрабатывают такие конструкции реакторов, которые позволили бы экономнее и как можно дольше использовать ядерное топливо. Предполагается что в ближайшее время будут внедряться реакторы-размножители на быстрых нейтронах, переход на которые обеспечит человечество урановым сырьем на тысячелетия.

В реакторах на быстрых нейтронах происходит процесс расширенного воспроизводства ядерного топлива. Из урана-238 (изотоп этот составляет основную массу природного урана, но не делится в реакторе на тепловых нейтронах) получают вторичное горючее — плутоний: причем в большем количестве, чем его “сгорает”. Это позволяет вовлекать в топливный цикл весь естественный уран, а не только уран-235, котрого в нем содержится всего 0,7%.

На Белоярской АЭС имени Т. В. Курчатова в качестве третьего блока была построена новая промышленная АЭС с крупнейшим в мире ядерным реактором на быстрых нейтронах БН-60 Его тепловая мощность 1470 МВт, а электрическая 600 МВт.

Геотермальная энергетика. Использование тепла земных недр весьма перспективно с позиций охраны окружающей среды. В настоящее время во многих странах мира, (СССР, США, Исландия и др.) для выработки электроэнергии и отопления зданий, подогрева теплиц и парников используется тепло горячих источников. Глубинное тепло Земли - подземные котельные, действуют круглосуточно.

Речь идет об огромных резервах экологически чистой (при правильной постановке дела) тепловой энергии, о возможности с большим экономическим эффектом заменить до 1,5 млн. т органического топлива в важнейших отраслях, включая сельское и коммунальное хозяйств. Районов, богатых подземными источниками тепла, но широко использующих привозное топливо, немало. Пока они вводились в хозяйственный оборот главным образом в Дагестане, Грузии, Чечено-Ингушетии, Краснодарском, Ставропольском краях и на Камчатке. В остальных районах страны они находят применение лишь в бальнеологических целях и для отопления мелких тепличных хозяйств (в Бурятии, Магаданской области и других районах Дальнего Востока).

Отопление и горячее водоснабжение за счет термальных вод Земли. Термальными водами для отопления и горячего водоснабжения пользуется около 150тыс. жителей Тбилиси, Зугдиди, Махачкалы, Кизляра, Избербаша и других населенных пунктов. Общая площадь теплично-парковых хозяйств на термальных водах составляет около 70 га. Теплоснабжение столицы Исландии Рейкьявика, начиная с 1930 г., в большей мере осуществляется на основе геотермального тепла.

Геотермальные электростанции по компоновке, оборудованию, эксплуатации мало отличаются от традиционных ТЭС и практически не вызывают экологических последствий.

Температура месторождений термальных вод Камчатки доходит до 257°С, глубина залегания - 1200 м. Выявленные в этом районе тепловые ресурсы могли бы обеспечить работу геотермальных электростанций общей мощностью 350-500 МВт. В 1981 г. закончилось строительство второй очереди Паужетской ГеоТЭС на Камчатке.

Использование глубинного тепла Земли. Один из районов Закарпатья стал уникальным полигоном, на котором отработана оригинальная система энергоснабжения с использованием глубинного тепла Земли. Геотермальная электростанция использует тепло сухих горных пород.

Закарпатская ГеоТЭС не имеет природного коллектора. Раскаленные породы нагревают до рабочей температуры закачанную в глубину через скважину из реки холодную воду (на глубине 4000 м температура в скважине достигает 200°С, а глубже еще выше). Выходящая по второй скважине пароводяная смесь заставляет работать турбины электростанции. Отработанная вода используется в этом цикле многократно. Себестоимость электроэнергии, получаемой из глубинного тепла Земли, несмотря на значительные первоначальные затраты, вполне сравнима с той, которую мы имеем на тепловых и атомных электростанциях. Кроме того, ГеоТЭС не загрязняет выбросами окружающую среду.

Солнечная энергетика. Солнечная энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед традиционным органическим и ядерным горючим. Во-первых, это исключительно чистый вид энергии, который не загрязняет окружающую среду, а само ее использование не связано ни с какой биологической опасностью. Во-вторых (и это наиболее важно), использование солнечной энергии в больших масштабах не нарушает сложившегося в ходе многомиллиардной эволюции энергетического баланса нашей планеты.

В физико-техническом институте имени С. В. Стародубцева Академии наук Узбекской ССР разработаны высокотемпературные гелиоконцентраторы, позволяющие получить температуру до 4000°С. Этого достаточно, чтобы плавить практически все, даже сверхтвердые металлы.

Теплоснабжение. Отопление и горячее водоснабжение как низкотемпературные процессы преобразования солнечной энергии в теплоту могут быть осуществлены сравнительно простыми техническими средствами. Солнечные водонагреватели начинают использоваться для целей тепло- и горячего водоснабжения индивидуальных потребителей в южных климатических зонах.

В Венгрии смонтирован солнечный коллектор на крыше 5-этажного дома. Это самая крупная отопительная система, созданная с использованием так называемых альтернативных источников энергии. Ее площадь 465 м².

В 1980 г. во Франции введена в эксплуатацию система теплоснабжения жилого дома, основанная на комбинированном использовании плоских гелиоприемников, теплонасосных установок и расположенного в грунте теплового аккумулятора. На крыше дома установлены ряд коллекторов солнечной энергии суммарной площадью 90м², под помещением размещены пластмассовые трубки, через которые осуществляете теплообмен с грунтом в режимах накопления и потребления энергии. Отопление обеспечивается через напольные низкотемпературные обогревательные панели. При использовании системы для отопления дома объемом 418 м³ и площадью 170 м² была достигнута годовая экономия энергии в 65% по сравнению с системой электрического отопления.

Солнечная энергия для производства низкопотенциального тепла все больше используется в США. В 1981 г. введено в эксплуатацию 78,5 тыс. активных, 19,3 тыс. пассивных и 10,8 тыс. смешанных гелиосистем для горячего водоснабжения и отопления домов, причем общий сбъем производства солнечных коллекторов составил 1,86 млн. м². Всего к 1982 г. гелиоустановками в США было оснащено более 300 тыс. зданий.

В Японии уже около 30 лет по программе “Солнечное сияние” ведутся работы, связанные с использованием солнечной энергии для кондиционирования и горячего водоснабжения. В конце 1982 г. в стране действовали 113 822 гелиоустановки.

Электроснабжение. Солнечная энергия — практически неограниченный источник, мощность которого на поверхности Земли оценивается в 20 млрд. кВт. Годовой приход солнечной энергии на Землю эквивале

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: