Энергетика и окружающая среда

Таблица 1

Сравнение АЭС и ТЭС  по расходу топлива и воздействию  на среду. Мощность электростанций по 1000 мВт, работа в течение года (Б. Небел. 1993)  

При нормальной работе АЭС  выбросы радиоактивных элементов  в среду крайне незначительны. В  среднем они в 2-4 раза меньше, чем  от ТЭС одинаковой мощности.

К маю 1986 г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный  фон радиоактивности не более  чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль  производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем  АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую  опасность АЭС стали связывать  с возможностью аварий. Хотя вероятность  их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана  относится случившаяся на четвертом  блоке Чернобыльская АЭС.

 По различным данным, суммарный выброс продуктов деления  от содержащихся в реакторе  составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для  сравнения отметим, что бомба,  сброшенная на Хиросиму, дала  только 740 г радиоактивного вещества.

 В результате аварии  на Чернобыльской АЭС радиоактивному  загрязнению подверглась территория  в радиусе более 2 тыс. км, охватившая  более 20 государств. В пределах  бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек.  Общая площадь загрязнённых территорий  превышает 8 млн. га, или 80000 км2. В России наиболее значительно  пострадали Брянская, Калужская,  Тульская и Орловская области.  Пятна загрязнений имеются в  Белгородской, Рязанской, Смоленской, Ленинградской и других областях.

В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой  болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни нескольких поколений.

 После аварии на  Чернобыльской АЭС отдельные  страны приняли решение о полном  запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства.

 В процессе ядерных  реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного  топлива. Ядерный реактор мощностью  1000 МВт за год работы дает  около 60 т радиоактивных отходов.  Часть их подвергается переработке,  а основная масса требует захоронения.  Технология захоронения довольно  сложна и дорогостояща. Отработанное  топливо обычно перегружается  в бассейны выдержки, где за  несколько лет существенно снижается  радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится  на глубинах не менее 500-600 м  в шурфах. Последние располагаются  друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность  атомных реакций.

 Неизбежный результат  работы АЭС - тепловое загрязнение  вод. На единицу получаемой  энергии здесь оно в 2-2,5 раза  больше, чем на ТЭС, где значительно  больше тепла отводится в атмосферу.  Выработка 1 млн. кВт электроэнергии  на ТЭС дает 1,5 км3подогретых вод,  на АЭС такой же мощности  объем подогретых вод достигает  3-3,5 км3.

Следствием больших потерь тепла на АЭС является более низкий коэффициент их полезного действия по сравнению с ТЭС. На последних  он равен 35-40%, а на АЭС - только 30-31 %.

В целом можно назвать  следующие воздействия АЭС на среду:

- разрушение экосистем  и их элементов (почв, грунтов,  водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно  при открытом способе);

- изъятие земель под  строительство самих АЭС. Особенно  значительные территории отчуждаются  под строительство сооружений  для подачи, отвода и охлаждения  подогретых вод. Для электростанции  мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;

- изъятие значительных  объемов вод из различных источников  и сброс подогретых вод. Если  эти воды попадают в реки  и другие источники, в них  наблюдается потеря кислорода,  увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового  стресса у гидробионтов;

- не исключено радиоактивное  загрязнение атмосферы, вод и  почв в процессе добычи и  транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

2. 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. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов.

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 извлечьиз 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. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других устройств.

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.

 Крайне расточительно  использование электрической энергии  для получения тепла. Важно  иметь в виду, что получение  электрической энергии на ТЭС  связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на АЭС  - не менее 70% энергии. Энергия  теряется также при передаче  ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива  для получения тепла, особенно  газа, намного рациональнее, чем  через превращение его в электричество,  а затем вновь в тепло.

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 (когенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

3. Возможности и перспективы развития малой и нетрадиционной энергетики в Беларуси

Согласно Постановлению  Совета Министров Республики Беларусь от 24 апреля 1997 г. № 400 «О развитии малой  и нетрадиционной энергетики», к  объектам малой энергетики отнесены источники электрической и (или) тепловой энергии, использующие котельные, теплонасосные, паро- и газотурбинные, дизель- и газогенераторные установки единичной мощностью до б МВт; к объектам нетрадиционной энергетики — возобновляемые и нетрадиционные источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.

Постановление обязывает  белорусскую энергосистему принимать  энергию, вырабатываемую нетрадиционными  источниками. Комитетом цен Министерства экономики Республики Беларусь установлен тариф на данный вид энергии, в 2,4 раза превышающий среднюю себестоимость энергии по энергосистеме, что вызвано более высокой себестоимостью ее производства.

Малая энергетика способна существенно смягчить дефицит мощности энергосистемы и приостановить на время крупные капиталовложения на техническое перевооружение и обновление существующих и строительство новых крупных электростанций.

Малые и мини-ТЭЦ вырабатывают электроэнергию по теплофикационному  циклу (выработка электрической  и тепловой энергии одновременно) и характеризуются высокой экономичностью, быстротой сооружения и низкими  капиталовложениями, т.е. обладают всеми  теми достоинствами, которые столь  привлекательны для экономики переходного  периода. Немаловажным в условиях Беларуси является и то, что они могут  работать на местных низкокалорийных  видах топлива, таких как бурый  уголь, торф, древесина или их сочетание.

Основная сфера применения малых ТЭЦ — промузлы, а также  средние и малые города, имеющие  определенную концентрацию и продолжительность  использования тепловых нагрузок, прежде всего промышленных. В ряде случаев  малые теплофикационные установки  могут размещаться в действующих  и новых промышленных и промышленно-отопительных котельных. Область их применения достаточно широка и охватывает практически все сферы народного хозяйства.

Программными документами («Основные направления энергетической политики Республики Беларусь на период до 2010 года» и «Республиканская программа  по энергосбережению до 2000 года») предусмотрено  доведение мощности агрегатов малой  энергетики до 600 МВт, что способствует экономии свыше 3,5 млн т н.э. в год). Возможность их установки определяется исключительно наличием инвестиций.

Возобновляемые  и нетрадиционные источники энергии. В качестве таковых, в соответствии с Государственной комплексной программой модернизации основных производственных фондов Белорусской энергетической системы, энергосбережения и увеличения доли использования в республике собственных топливно-энергетических ресурсов в 2006-2010 годах (утв. Указом Президента Республики Бела­русь 25 августа 2005 г. № 399) и с учетом климатических, географических и метеорологических условий рассматриваются гидроресурсы, ветровая и солнечная энергия, биогаз, коммунальные отходы, фитомасса, отходы растениеводства, топливный этанол и биодизельное топливо, геотермальные ресурсы.

Несмотря на то, что данные источники в совокупности могут  обеспечивать лишь небольшое замещение  потребляемого в настоящее время  топлива, их широкое распространение  в республике в ближайшее время  важно по нескольким причинам. Во-первых, деятельность по их использованию будет  способствовать развитию собственных  технологий и оборудования, которые  впоследствии могут стать предметом  экспорта; во-вторых, эти источники, как правило, являются экологически чистыми; в-третьих, их применение само по себе позволяет подготовить людей  к переходу от расточительной к рациональной экономике.