Викиди і витрати палива ТЕС потужністю 1000 МВт, тис.т/рік
| Викид | Види палива | ||
| Газ - 1,9 млрд. м3 | Мазут - 1,57млн. т | Вугілля - 2,3 млн. т | |
| SO2 | 0,012 | 52,66 | 139,00 |
| NOx | 12,08 | 21,70 | 20,88 |
| СО | Незначні | 0,08 | 0,21 |
| Тверді частинки | 0,46 | 0,73 | 4,49 |
| Гідрокарбонати | Незначні | 0,67 | 0,52 |
Наведені у табл. 1.7 і 1.8 дані про витрати палива і викиди відносяться до сталих режимів роботи обладнання. Робота обладнання із змінним режимом, особливо із зупинками блоків, призводить до істотного збільшення витрат палива і сумарних викидів.
Зола і шлак, що видаляються з топки, утворюють золо- і шлаковідвали на поверхні літосфери. У паропроводах від парогенератора до турбоагрегату, в самому турбоагрегаті відбувається передача тепла навколишньому повітрю. У конденсаторі, а також в системі регенеративного підігріву живильної води теплота конденсації і переохолодження конденсату сприймається водою, що охолоджується. Крім конденсаторів турбоагрегатів споживачами охолоджуючої води є маслоохолоджувачі, системи змиву і інші допоміжні системи, що виділяють стічні води на поверхню або до гідросфери.
Одним з чинників впливу вугільних ТЕС на довкілля середовище є викиди систем складування палива, його транспортування, пилоприготування і золовидалення. При транспортуванні і складуванні можливо не тільки пилове забруднення, але і виділення продуктів окислення палива. По-різному (в залежності від прийнятої системи золошлаковидалення) впливає на навколишнє середовище й видалення шлаку і золи.
Розповсюдження зазначених викидів в атмосфері залежить від рельєфу місцевості, швидкості вітру, перегріву їх по відношенню до температури навколишнього середовища, від висоти хмарності, фазового стану опадів і їх інтенсивності. Так, великі градирні в системі охолоджування конденсаторів ТЕС істотно зволожують мікроклімат в районі станції, сприяють утворенню низької хмарності, туманів, зниженню сонячної освітленості, спричиняють дощі, мряку, а в зимовий час - іній й ожеледь. Взаємодія викидів з туманом призводить до утворення стійкої сильно забрудненої хмари смогу, найбільш щільної у поверхні землі. Одним з видів впливу ТЕС на атмосферу є збільшення споживання повітря, необхідного для спалення палива.
Взаємодія ТЕС з гідросферою характеризується, в основному, споживанням води системами технічного водопостачання, в тому числі безповоротним споживанням води.
Основними споживачами води на ТЕС і АЕС є конденсатори турбін. Витрати води залежать від початкових і кінцевих параметрів пари і від системи технічного водопостачання. За деякими оцінками на перспективу можна приймати такі витрати води на охолоджування конденсаторів: на ТЕС - 120 кг/кВт×год, на АЕС - 220 кг/кВт×год .
При промивці поверхні нагріву котлоагрегатів утворюються розбавлені розчини соляної кислоти, їдкого натру, аміаку, солей амонію, заліза і інших речовин. Загалом вплив ТЕС на водний басейн залежить від організації системи технічного водопостачання, конструкції фільтрів.
Основними чинниками впливу ТЕС на гідросферу є викиди теплоти, наслідками яких можуть бути: постійне локальне підвищення температури у водоймищі; тимчасове підвищення температури, а також зміна: умов льодоставу, зимового гідрологічного режиму, умов паводків, розподілу осадків, випаровування, туманів. Нарівні з порушенням клімату теплові викиди призводять до заростання водоймищ водоростями, порушення кисневого балансу, що створює загрозу для життя мешканців рік і озер.
Основними чинниками впливу ТЕС на літосферу є осадження на її поверхні твердих часток і рідких розчинів продуктів викидів в атмосферу, споживання ресурсів літосфери, в тому числі вирубка лісів, видобуток палива, вилучення з сільськогосподарського обігу орних земель і лугів під будівництво ТЕС і для розміщення золошлаковідвалів. Наслідком цих перетворень є зміна ландшафту.
Основною особливістю атомної станції є наявність ядерного реактора, в якому забезпечуються підтримка регульованої ланцюгової реакції розподілу ядер атомів урану, торію і плутонію і перетворення енергії, що звільняється при цій реакції, в теплоту. Основним видом ядерних реакцій, що протікають в реакторах і супроводжуються виділенням енергії, є реакції розподілу ядер нейтронами. Перетворення кінетичної енергії осколків і продуктів розпаду в теплову енергію відбувається в активній зоні ядерного реактора. При цьому майже вся теплова енергія ядерної реакції передається в активній зоні теплоносію. У залежності від типу ядерного реактора і схеми електростанції теплоносій може бути робочим тілом термодинамічного циклу (в одноконтурних схемах АЕС), передавати теплоту в парогенераторі (в двоконтурних схемах) або в теплообміннику (в триконтурних схемах).
При нормальній експлуатації АЕС дають значно менше шкідливих викидів в атмосферу, ніж ТЕС, що працюють на органічному паливі. Так, робота АЕС не впливає на вміст кисню і вуглекислого газу в атмосфері, не змінює її хімічного стану. Основними чинниками забруднення навколишнього середовища тут виступають радіаційні показники. Радіоактивність контуру ядерного реактора зумовлена активацією продуктів корозії і проникненням продуктів розподілу в теплоносій, а також наявністю тритію. Активності підлягають практично всі речовини, що взаємодіють з радіоактивним випромінюванням. Прямий вихід радіоактивних відходів ядерних реакцій в довкілля запобігається багатоступінчастою системою радіаційного захисту.
Найбільшу небезпеку представляють аварії на АЕС і поширення радіації, що не контролюється. Тому проекти АЕС повинні гарантувати заходи забезпечення ядерної безпеки навколишнього середовища при будь-якому можливому одиничному порушенні будь-якої системи АЕС.
Друга проблема експлуатації АЕС - теплове забруднення. Основне тепловиділення від АЕС в довкілля, як і на ТЕС, відбувається в конденсаторах паротурбінних установок. Великі питомі витрати пари у АЕС визначають і великі питомі витрати води. Скиди охолоджуючої води ядерних енергетичних установок не виключають їх радіаційний вплив на водне середовище, зокрема внаслідок надходження радіонуклідів до гідросфери.
Споживання повітря на АЕС визначається необхідністю розбавлення забруднюючих викидів і забезпечення нормальних умов життєдіяльності персоналу.
Важливими особливостями можливого впливу АЕС на навколишнє середовище є переробка радіоактивних відходів, які утворяться не тільки на АЕС, але і на всіх підприємствах паливного циклу, а також необхідність демонтажу і поховання елементів обладнання, що володіють радіоактивністю, по закінченні терміну служби або по інших причинах.
Гідроелектростанції (ГЕС) також впливають істотний чином на природне середовище, який проявляється як в період будівництва, так і при експлуатації. Спорудження водосховищ перед дамбою ГЕС призводить до затоплення значної прилеглої території (лісових і сільськогосподарських земель, житлових селищ, родовищ корисних копалин) і впливає на рельєф узбережжя в районі спорудження ГЕС, особливо при її будівництві на рівнинних ріках. Зміна гідрологічного режиму і затоплення територій викликає зміни гідрохімічного і гідробіологічного режимів водної маси. При інтенсивному випаровуванні вологи з поверхні водосховищ можливі локальні зміни клімату: підвищення вологості повітря, утворення туманів, посилення вітрів і т.п.
Специфічні зміни термічного режиму водної маси водосховищ і води, що поступає в нижній б’єф. Так, при глибинній огорожі води в нижній б’єф буде поступати холодна вода, яка може пригноблювати там теплолюбні рослини і мікроорганізми, які служать живильним середовищем для підводного тваринного світу, що може призвести до зміни видового складу іхтіофауни.
Спорудження ГЕС істотно впливає на льодовий режим водної маси: на терміни льодоставу, товщину крижаного покриву тощо.
При спорудженні крупних водосховищ ГЕС створюються умови для розвитку сейсмічної активності, що зумовлено виникненням додаткового навантаження на земну кору і інтенсифікацією тектонічних процесів.
Вплив повітряних ліній електропередач (ЛЕП) на навколишнє середовище пов'язаний з відчуженням земель, скороченням сільськогосподарських, лісових і мисливських угідь (табл. 1.9).
Таблиця 1.9
Характеристика повітряних ліній електропередач
| Показник | Напруга, кВ | ||||
| Довжина ліній, тис. км | 116,4 | 29,4 | 38,1 | 0,2 | 1,3 |
| Відстань між крайніми проводами, м | 18,5 | 3,5 | |||
| Ширина просіки, м | 58,5 | 63,5 | |||
| Відчуження земель в лісових масивах, тис. га |
Ці лінії порушують цілісність полів і кормових угідь, сприяють зростанню бур'янів, створюють перешкоди для обробки полів з повітря, застосування агротехніки, зрошування. Особливо великі збитки завдаються лісовим угіддям, оскільки просіки під трасами ліній повністю виводяться з господарського обігу, вздовж трас ліній збільшується лісоповал. Періодичне (1 раз у 5 років) розчищення трас ліній механічним шляхом і за допомогою гербіцидів виводять з процесу відтворювання кисню в атмосферу Землі тисячі гектарів лісових угідь.
Електричні поля під лініями спричиняють накопичення зарядів і підвищення потенціалу по відношенню до землі на ізольованих від землі тілах, в тому числі на тілі людини у взутті, на тілі копитних тварин, на корпусах механізмів на гумовому ходу. Підвищений потенціал на тілі людини і тварин призводить до виникнення розрядів з тіла на траву або гілки чагарників. Через малість струмів такі розряди не є небезпечними для організмів, однак, вони спричиняють неприємні відчуття і можуть стати причинами травми вторинного характеру внаслідок втрати уваги, не скоординованих, мимовільних рухів, переляку тощо.
Система заходів по зниженню збитків від ліній електропередач складається з двох груп заходів.
1. Вдосконалення конструкцій повітряних ліній електропередачі з метою зменшення площі, відчужуваної під траси ліній, збільшення їх пропускної спроможності і обмеження напруженості електричного поля під проводами ліній.
Для реалізації цих задач можуть бути використані такі технічні рішення:
· зменшення міжфазних відстаней за рахунок проведення заходів щодо зниження розрахункової кратності перенапруження;
· застосування тросів біозахисту;
· перехід від традиційних до компактних ліній електропередач підвищеної пропускної спроможності і зниженого екологічного впливу;
· застосування комбінованих електропередач, виконаних як багатоланцюгові електропередачі типу "ланцюг під ланцюгом" при умові зсуву векторів напруження верхнього і нижнього ланцюгів відносно один одного;
· використання рослинних масивів для забезпечення екологічної безпеки ліній.
2. Раціональне використання трас ліній електропередач:
· рекультивація і окультурення земель, відведених під трасу, з метою залучення їх в сільськогосподарський обіг, передача користувачам під косовиці, для розведення овочевих культур, під парникове господарство;
· передача земель користувачам для створення плантацій новорічних ялинок, вирощування технічних і плодово-ягідних культур, а також чагарників, гілки яких систематично підрізуються і використовуються як корм худобі;
· передача земель для будівництва ферм з розведення курей, качок, кроликів, нутрій;
· передача земель під садове будівництво з дотриманням правил спорудження житлових споруд поблизу трас ЛЕП.
Акустичний шум, що впливає на екологічну обстановку на трасі повітряних ліній електропередачі надвисокого напруження (СВН), є виявом звукового ефекту інтенсивної корони, особливо при дощі. У вітчизняній практиці проектування ліній електропередач встановлено допустимий рівень акустичних шумів в погану погоду на відстані 100 м від проводів крайньої фази, дотримання якого перевіряється відповідними розрахунками ще на стадії проектування. При підвищенні встановленої норми потрібне коригування параметрів проводів фази і їх розміщення в просторі.
Шкідливий вплив магнітного поля виявляється тільки при його допустимій напруженості при знаходженні в 1,0-1,5 м від проводів фази ліній, тобто небезпечний тільки при роботах під напруженням.
Процес видобутку вугілля супроводиться пиловими і газовими викидами (табл. 1.10). При підземній розробці вугілля основними джерелами забруднення атмосферного повітря є газопилові викиди з гірських виробок і з відвалів пустої породи. З газопиловими викидами і газами, що утворюються при вибухах, в довкілля виділяються речовини, що мають токсичний вплив. Видобуток 2 млрд. т вугілля супроводиться виділенням 27 млрд. м3 метану і 16,8 млрд. м3 двоокису вуглецю. З підземних гірських виробок шахт до атмосфери Землі щорічно поступає понад 0,2 млн. т пилу.
Оскільки при провадженні вибухових робіт в шахтах можливо запалення метану і вугільного пилу, то для запобігання запаленню газопилоповітряної суміші застосовують різні способи створення запобіжного середовища: водорозпилювальні і форсуночні завіси, повітряно-механічну піну, заповнення шпурів або свердловин водою, розпилення порошкоподібних інгібіторів (полум’ягасячих солей) тощо. Високими захисними властивостями володіють водні форсуночні завіси, однак вони вимагають застосування насосів продуктивністю до 100-200 л/мін. Для створення нормальних умов праці у вугільних шахтах і на розрізах особливу увагу необхідно приділити попередженню окислення і самозагорання вугілля. Ендогенні пожежі, що виникають в підземних виробках шахт, призводять до великих матеріальних витрат, створення небезпечних ситуацій для гірників, втрат корисних копалин. Окислення вугілля в шахтах, розрізах забруднює атмосферу на робочих місцях.
Істотним чинником забруднення атмосферного повітря є також виділення значної кількості пилу, газоподібних, в тому числі отруйних продуктів і диму з поверхні відвалів порід (териконів), що зумовлено ерозією, окисленням і горінням в териконах породи, яка містить значну кількість вугілля (від 5 до 20%), піриту (10 %), сірки (5 % і більше). У результаті при горінні відвалів виділяється до 180 м3/г вуглецю і сірки на 1 м2 поверхні терикону.
Відкрита розробка вугілля супроводиться ще більш інтенсивним забрудненням навколишнього середовища внаслідок машинного руйнування порід, буріння свердловин, транспортування вугілля, ерозії поверхні відвалів. Так, буріння вибухових свердловин веде до викиду пилу від 30 до 120 мг/с при пиловловлюванні і до 2200 мг/с без пиловловлювання; при технологічному вибуху в повітря викидається на значну висоту до 100-200 т пилу.
Таблиця 1.10
Чинники негативного впливу на компоненти біосфери при видобуванні
твердого палива, його приготуванні, транспортуванні та спалюванні
| Вид впливу | Негативні наслідки | Засоби захисту |
| Виробництво вибухових робіт | Вірогідність вибуху газопилоповітряної суміші | Створення запобіжного середовища при вибухових роботах |
| Викиди гірничих виробок, газопиління відвалів породи, відкритих кар’єрів, автомобільних доріг | Викиди до атмосфери пилу, метану, двоокису вуглецю, токсичних речовин, потрапляння мінеральних солей до водоймищ | Придушення пилу за допомогою пиловловлюючих установок і засобів пилопридушення |
| Видобування вугілля відкритим способом, утворення териконів | Порушення ландшафтів, відволікання з господарського обігу плодородних земель, збіднення видового складу фауни | Рекультивація земель |
| Окислення і самозапалювання вугілля при його зберіганні | Виділення диму і токсичних речовин, погіршення якості палива | Ізоляція вугілля від повітря, створення систем контролю за якістю зберігання вугілля |
| Транспортування вугілля | Втрати палива і забруднення атмосфери | Застосування закритих вагонів, трубопроводів |
| Приготування і спалювання твердого палива | Небезпека вибуху пилу вугілля | Укріплення конструкцій і обладнання, активне придушення вибухів інгібіторами |
Перевантаження сухої гірничої маси також супроводиться виділенням до 500-8000 мг/с пилу. Пилоутворення на автомобільних дорогах в кар'єрах складає 70-90 % всієї кількості пилу, що виділяється. Всі зазначені чинники призводять до забруднення навколишнього середовища такими токсичними речовинами, як СО2, SOx, NОx, вуглеводнями, а також мінеральним пилом, внаслідок чого значна кількість мінеральних солей потрапляє до водних об’єктів.
Для запобігання вказаним явищам в кар'єрах і на автомобільних дорогах застосовують спеціальні методи боротьби з пилом. При роботі екскаваторів, бульдозерів, скреперів, вантажних машин основним способом зменшення пиловиділення в кар'єрах є зрошування. При роботі бурових станків, де широко використовуються пиловловлюючі установки, застосовують водоповітряні суміші. Питома витрата води при цьому складає від 100 до 1200 л/т гірської маси. У зимовий час (при температурі повітря до -20 °С) застосовують розчини солей хлоридів магнію, кальцію або натрію. Питомі витрати цих сполук на 1 м3 води може коливатися в межах від 40 кг при –2 °С до 300 кг при -20 °С.
На автомобільних дорогах розрізів і кар'єрів використовують зрошування водою або розчинами гігроскопічних солей, покриття порошкоподібними, гранульованими гігроскопічними солями і іншими пилопов’язуючими речовинами. Розробка вугільних басейнів відкритим способом призводить до трансформації рослинного покриву, порушення ландшафту, збідніння видового складу флори.
Вельми значною є площа землі, відчужуваної від сільськогосподарського виробництва під терикони і відкриту розробку вугілля. Потрібні великі витрати на подальшу рекультивацію цих земель з метою повернення їх в господарський обіг.
Транспортування вугілля, особливо залізницею у відкритих вагонах, супроводиться втратами до 1,5 % палива. Зберігання значних запасів вугілля пов’язане з великими труднощами, зумовленими самонагріванням вугілля аж до самовозгоряння. Це вимагає вживання заходів для ізоляції вугілля від доступу повітря, виконання певної технології формування і розбирання великих штабелів вугілля спеціальними механізмами, створення системи контролю за якістю вугілля, що зберігається.
Приготування і спалення паливного пилу в парогенераторах вимагає розв'язання проблеми вибухонебезпечності, оскільки вибухи призводять до важких аварій з нещасними випадками і руйнуванням обладнання. Її рішення пов'язане, з одного боку, з профілактикою, спрямованою на недопущення відкладення пилу, а з іншого боку, із запобіганням руйнуванню обладнання, якщо вибух стався. Ця задача повинна вирішуватися за рахунок виготовлення корпусів обладнання, що витримують максимальний тиск вибуху, і активного придушення вибухів інгібіторами.
Ефективним засобом зниження втрат є комплексна переробка твердих видів палива: коксування кам'яного вугілля, напівкоксування твердих видів палива, газифікація паливної сировини, гідрогенізація твердого палива, енерготехнологічна переробка палива. При цьому вдається істотно знизити вміст в продуктах переробки, що призначаються для подальшого спалення в печах або котлах ТЕС, окисів сірки і азоту. Однак, на жаль, в цей час широко застосовується лише коксування кам'яного вугілля і частково переробка горючих сланців. Інші технології поки перебувають в стадії експериментальних або дослідно-промислових випробувань і вимагають розв'язання ще багатьох організаційних і економічних питань.
Екологічний вплив ТЕС в значній мірі визначається якістю палива. Потенційна шкідливість палива може виявитися лише в процесі його використання і залежить від технології, що застосовується і таких чинників, як склад палива, технологія спалення і очищення продуктів згоряння. Узагальнений (сумарний) показник шкідливості палива, що розраховується на тонну умовного палива, складається з показників шкідливості окремих інгредієнтів. Основна частка сумарної шкідливості припадає на золу, на другому місці - окиси сірки, на третьому - окиси азоту.
Сумарні збитки залежить не тільки від виду вугілля, але і від таких чинників, як щільність населення і ступінь золовловлювання. У структурі економічних збитків від комплексного впливу на природне середовище потужної ТЕС і вугільного розрізу збитки від забруднення атмосфери складають понад 80 %, а від забруднення водних джерел і вилучення земель - по 10 % відповідно.