Стольберг Ф.В. Экология города (урбоэкология)

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 7. Энергетические объекты городов

291

условия его поступления на станцию; условия водоснабжения станции, при-

обретающие особое значение для КЭС и АЭС. Немаловажным является бли-

зость станции к железнодорожным и другим транспортным магистралям, к

населенным пунктам.

7.2.2. Энергогенерирующие мощности Украины

Потенциал электроэнергетики Украины составляют 44 мощных ТЭС,

7 ГЭС и 5 АЭС (табл. 7.1).

Таблица 7.1. Характеристика энергетического комплекса Украины (1999 г.)

Тип электростанций Установленная мощность Производство электрической

энергии

Тип электростанций

млн кВт доля в %

млрд кВт • час

доля в %

ТЭС 36,4 67,5 33,98

39,1

ГЭС 4,7

8,7 9,73

11,2

АЭС 12,8 23,8

40,76

46,9

Прочие источники

энергии

2,43 2,8

Всего

53,9 100 86,9 100

Главная роль принадлежит электростанциям, оборудованным в основ-

ном энергоблоками мощностью 150, 200, 300 и 800 тыс. кВт. Наиболее

крупные тепловые электростанции Украины: Углегорская (3600 МВт), За-

порожская (3600 МВт), Криворожская (2820 МВт), Бурштынская (2300

МВт), Змиевская (2150 МВт), Ладыжинская, Трипольская (1800 МВт). Все

они (как и многие другие ТЭС) расположены в основных промышленных

регионах Украины.

Работа ТЭС обеспечивается за счет использования двух видов природных

ресурсов: топлива и воды.

Так, конденсационная электростанция мощностью 2,5 млн кВт сжигает

в год около 6 млн т антрацитового штыба или около 12 млн т бурого угля.

Для перевозки 6 млн т угля в год необходимо в сутки 300 вагонов. Транс-

портные расходы растут пропорционально расстоянию от места добычи до

ТЭС. При мощности электростанции около 4 млн кВт транспорт высокока-

чественного топлива не выгоден уже при расстоянии около 400 км, а низко-

калорийных — 100 км. Поэтому более рационально строить станцию вблизи

места добычи топлива, а электроэнергию подавать по линиям электропере-

дач. Кроме того, на охлаждение отработанного тепла и конденсата данной

электростанции расходуется около 90 м

/с воды. Пруд-охладитель, который

обеспечивает подачу и охлаждение такого количества воды, должен иметь

площадь зеркала не менее 2500 га. Использование градирен для охлаждения

ю*

292 Экология городов

воды снижает термический КПД станции. Поэтому крупные ТЭС строят в

местах, близких к месторождениям топлива, где возможно создание пруда-

охладителя.

Атомные электростанции характеризуются более крупными энергоаг-

регатами и соответственно большими мощностями электростанций. В Ук-

раине 5 АЭС: Запорожская — мощностью 6000 МВт, Южно-Украинская —

3000 МВт, Ровенская — 1818 МВт, Чернобыльская — 1000 МВт и Хмель-

ницкая — 1000 МВт, оснащенные, в основном, паротурбинными блоками

1000 МВт с реакторами ВВЭР. Их суммарная установленная мощность со-

ставляет 24% от общей мощности электростанций Украины. Однако они

вырабатывают почти 50% всей электроэнергии страны.

Таким образом, АЭС заняли в энергетике Украины ведущее место. Одна-

ко их эксплуатация сопряжена с целым рядом экологических проблем, свя-

занных прежде всего с захоронением радиоактивных отходов.

Серьезное воздействие электроэнергетики на окружающую среду про-

является в региональных искажениях климатических условий, в связи с

концентрацией больших объемов тепловых выбросов на сравнительно ма-

лых площадях. Так, ТЭС на органическом топливе имеет тепловые вы-

бросы, эквивалентные ее полуторной мощности. Станция мощностью

4 млн кВт выделяет в окружающую среду 6 млн кДж/с. АЭС имеет еще

большие тепловые выбросы. При той же мощности в 4 млн кВт выбросы

тепла составляют 9,2 млн кДж/с, т.е. в полтора раза больше, чем на теп-

ловой электростанции. Тепловые потоки крупных электростанций, при

их сравнительно плотном расположении, как это имеет место в Украине,

могут смыкаться и создавать барьеры повышенной теплоотдачи и парооб-

разования. Эти барьеры могут нарушать веками установившиеся сезон-

ные перемещения масс воздуха в регионах, что приведет к резким клима-

тическим изменениям.

Гидравлические электростанции. Создание гидроэлектростанций, как пра-

вило, обеспечивает не только выработку электроэнергии, но благодаря нали-

чию водохранилища позволяет решать ряд других важных народнохозяйствен-

ных задач, связанных с судоходством, водоснабжением, орошением, разви-

тием рыбного хозяйства и рекреацией.

Примером такого комплексного решения народнохозяйственных задач

служит каскад ГЭС на Днепре (рис. 7.2). Из общей установленной мощно-

сти ГЭС и ГАЭС Украины (4,7 млн кВт) более 3,8 млн кВт приходится на

долю шести ГЭС этого каскада: Киевской мощностью 361,2 МВт, Канев-

ской — 444 МВт, Кременчугской — 625 МВт, Днепродзержинской —

352 МВт, Днепровской — 1532 МВт и Каховской — 351 МВт. Рядом с Киев-

ской ГЭС сооружена гидроаккумулирующая электростанция, обеспечиваю-

щая снятие пиковых нагрузок, в основном для Киева, в Утренние и вечер-

ние часы, когда потребность в электроэнергии резко возрастает. Мощность

Киевской ГАЭС — 235,5 МВт. На р. Днестр неподалеку от Могилева-По-

дольского сооружена Днестровская ГЭС мощностью 702 МВт, в Закарпат-

ской области — Теребля-Рикская ГЭС мощностью 27 МВт.

Раздел 7. Энергетические объекты городов

293

Структура первичных энергетических ресурсов в производстве электричес-

кой энергии и тепла электростанциями объединенной энергетической систе-

мы Украины представлена в табл. 7.2.

Рис. 7.2. Каскад гидроэлектростанций на р. Днепр:

1 — Киевская; 2 — Каневская; 3 — Кременчугская; 4 — Днепродзержинская;

5 — Днепровская; 6 — Каховская

Таблица 7.2. Структура энергетических ресурсов в производстве электрической

энергии и тепла электростанциями ОЭС Украины

Вид энергоресурсов

Количество Млн. т.у.т.

Доля в %

Уголь

29,9 млн т

18 26,1

Мазут 1,3 млн т

1,8

2,6

Газ

12,8 млрд м

14,6

21,1

Гидроэнергия

3,6

5,6

Ядерная энергия

44,6

Всего

100

Как видно из табл. 7.2, к концу XX века основным производителем элек-

троэнергии в Украине становятся атомные станции. Их доля в общем объеме

производства электрической энергии, по-видимому, будет возрастать и в даль-

нейшем.

Производство энергии в Украине во многом зависит от импорта энерго-

ресурсов. Доля собственных ТЭР составляет в топливно-энергетическом ба-

лансе страны около 50%. Обеспеченность собственным углем оценивается на

уровне 92%, нефтью — на 18%, природным газом — на 22%. Ядерное топливо

полностью импортируется из России.

294

Экология городов

Природно-климатические условия Украины дают возможность достаточ-

но эффективно использовать нетрадиционные первичные источники энер-

гии: метан угольных месторождений, биогаз, получаемый из отходов, энер-

гию ветра, солнечную и геотермальную энергию. К 2010 г. предусматривается

довести производство электроэнергии на базе нетрадиционных источников

до 10,9 млрд кВт • ч и тепловой энергии — до 16,8 млн Гкал, а также исполь-

зовать 8 млрд м

метана угольных месторождений.

Удовлетворение потребности Украины в топливе связано, в первую оче-

редь, с сокращением использования природного газа и увеличением доли

твердого топлива при производстве электрической и тепловой энергии. Это

позволит снизить зависимость экономики Украины от дорогого импортного

газа. Однако перераспределение видов используемого топлива в сторону твер-

дого обостряет и без того непростую экологическую обстановку, в первую

очередь в крупных промышленных центрах.

7.3. Объекты малой энергетики

К малой энергетике относится все, не входящее в систему Минэнерго

Украины, теплогенерирующее и теплоиспользующее оборудование. Это про-

мышленные ТЭЦ и котельные, все оборудование коммунальной энергетики,

заводские котельные и ТЭС, промышленные печи, бытовые энергоустановки

различной теплопроизводительности. Для нее характерен низкий уровень

экономичности, надежности и безопасности, в том числе и экологической.

Малая энергетика потребляет более 60% всего топлива ТЭК Украины. Объе-

мы потребления газообразного, жидкого и твердого топлива составляют (в

условном топливе) соответственно 49%, 20% и 31%. По оценочным данным в

Украине насчитывается около 2,0 млн ед. топливосжигающих установок, ко-

торые относятся к малой энергетике.

Тепловые КПД мелких котельных в 1,5—2,0 раза ниже технически допус-

тимого уровня. Более половины топлива, расходуемого на нужды теплоснаб-

жения, сжигается в таком энергорасточительном оборудовании.

Чуть более 15% объектов малой энергетики оборудовано пылеулавливаю-

щими устройствами. Причем степень улавливания газообразных выбросов

составляет на них менее 40%.

Теплоэлектроцентрали и крупные районные котельные являются в эко-

номическом и экологическом отношении более предпочтительными. Однако

их использование экономически оправдано лишь при наличии крупных цент-

рализованных потребителей. Необходимость в протяженных и дорогостоя-

щих тепловых сетях заметно снижает эффективность ТЭЦ и масштабы их

использования. Поэтому малая энергетика, благодаря такому преимуществу

как автономность, может успешно дополнять централизованную систему энер-

госнабжения, особенно при использовании нетрадиционных и возобновляе-

мых источников энергии.

Раздел 7. Энергетические объекты городов

295

7.4. Нетрадиционные и возобновляемые

источники энергии

Наметившееся исчерпание горючих полезных ископаемых и высокий уро-

вень воздействия традиционных источников энергии на окружающую природ-

ную среду вызвал во всем мире интерес к поиску эффективных способов ис-

пользования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ).

К основным НВИЭ относятся: энергия солнца, ветра, тепла Земли (на-

пример, парогидротермическая), биомассы (органические отходы в хозяй-

ственной деятельности человека, энергетические плантации), океанов и мо-

рей (например, приливов и отливов, температурного градиента), нетрадици-

онные виды гидроэнергетики (малых рек, гидроаккумулирующих систем), а

также вторичные энергетические ресурсы (тепловые отходы промышленных

и сельскохозяйственных предприятий). По некоторым оценкам суммарный

потенциальный вклад всех НВИЭ в мировой энергетический баланс уже к

2000 г. должен составить более 10%. Ожидается, что объем использования

отдельных видов НВИЭ распределится следующим образом (в млн т.у.т.):

солнечная энергия (на горячее водоснабжение и отопление) — 36; геотер-

мальная энергия — 29; энергия ветра — 7; энергия биомассы — 7; другие

виды энергии — 7; всего — 86 млн т.у.т.

Необходимость и возможность развития в Украине НВИЭ обусловлены

следующими причинами:

• дефицитом традиционных для Украины ТЭР;

• дисбалансом в развитии энергетического комплекса Украины, ориен-

тированного, во-первых, на централизованное электро- и теплоснаб-

жение и, во-вторых, на значительное (свыше 40%) производство энер-

гии на АЭС при фактическом отсутствии производств по получению

ядерного топлива, утилизации и переработке отходов, а также произ-

водств по созданию и модернизации оборудования действующих АЭС

(ядерных реакторов, котельного оборудования и т. д.);

• наличием научно-технической и промышленной базы, пригодной для

производства практически всех видов оборудования нетрадиционной

энергетики;

• благоприятными климато-метеорологическими условиями для исполь-

зования основных видов НВИЭ.

Исходя из географических, научно-экономических и экологических фак-

торов, для Украины целесообразно рассматривать использованные таких

НВИЭ, как энергия солнца, ветра, биомассы, малых рек, геотермальная энер-

гия (табл. 7.3).

Использование энергии возобновляемых источников позволит снизить

потребление дефицитных для Украины нефтепродуктов на 5—6%, в том чис-

ле за счет использования гелиоресурсов — на 1,7%, ветроэнергии — на 2,8%,

геотермальной энергии — на 0,1%, биогаза — на 0,2%, гидроэнергии рек —

на 0,9% (больших — на 0,6% , малых — на 0,3%).

296

Экология городов

Таблица 7.3. Ресурсы нетрадиционных источников энергии Украины

Источник

Теорети- Использование

Технический Реально возможный

энергии

ческий

в данное время

потенциал объем использования

потенци-

ал

МВт -час МВт-час т.у.т. МВт-час т.у.т. МВт-час т.у.т.

в год

в год в год в год

Гелиоресурсы

720-

10' 81 10

10- 10

0,13 10' 0,16

10'

(30+40)

10'

(3,6+4,8)-10

Ветроэнерге-

тика

965-

10'

0,8 10

0,096- 10

0,36

10'

40+70•

10'

(4,8+8,4) -

(4,8+8,4) • 10

Геотермальная

энергетика

5128

•

10' 0,4 10

0,049 •

10'

1,7-

10' 2800- 10

230-10

Биоэнергетика

с/х отходов

12,5-

0,14

0,002 •

6,1

0,73-

6,1

•

0,73-10

Гидроэнерге-

тика, 42,4-

10,2 10

1,22

•

21,5 10

2,6- 10

21,5

•

2,6-10

в том числе:

большая

25,0- 10

9,7

1,16

•

15,1

1,8-

15,1

•

1,8 -10

малая

17,4- 10

0,5

0,06- 10

6,4 10

0,8- 10

6,4-

0,8

•

7.5. Воздействие энергетических объектов

на окружающую природную среду

Воздействие энергетики на окружающую природную среду обобщенно

сводится к следующему:

• водопотребление и водопользование, обусловливающее изменение водно-

го баланса и качества воды;

• выпадение на поверхность в виде твердых частиц и жидких растворов

продуктов выбросов в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных окис-

лов, металлов и их соединений, канцерогенных и радиоактивных веществ;

• складирование продуктов сжигания твердых топлив (зола, шлаки), про-

дуктов продувок поверхностей нагрева (сажа, зола), а также отходов

обогащения топлива;

• выбросы твердых и жидких радиоактивных отходов, включая отходы

добычи и обогащения урановых руд;

• выбросы теплоты, следствием которых могут быть постоянное локаль-

ное повышение температуры в водоеме, временное повышение темпе-

ратуры, изменение условий ледостава, зимнего гидрологического ре-

жима, изменение условий паводков, изменение распределений осад-

ков, испарений, туманов, местное потепление воздушного бассейна;

• создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естествен-

ного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов-

Раздел 7. Энергетические объекты городов 297

охладителей, что вызывает изменение качественного и количественно-

го состава речного стока, изменение гидрологии водного бассейна, уве-

личение давления на дно, проникновение влаги в разломы коры и из-

менение«сейсмичности, изменение условий рыболовства, развитие план-

ктона и водной растительности, изменение микроклимата, условий

отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов

водной среды, подтопления и заболачивания территорий, берегообру-

шение, перенос населенных пунктов;

• изменение ландшафта при сооружении различных энергетических объек-

тов, в том числе вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного обо-

рота пахотных земель, лугов;

• воздействие сбросов, выносов и изменение характера взаимодействия вод-

ных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шельфов.

Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный

круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между гидро-,

лито- и атмосферой.

Воздействие различных энергетических объектов на окружающую при-

родную среду в общем виде представлено в табл. 7.4.

Таблица 7.4. Воздействие энергетики на окружающую природную среду

Объект

Фактор воздействия

1 2

ТЭС на органичес-

ком топливе

Добыча топлива (создание шахт и образование терриконов)

Переработка и транспортировка топлива

Просадка земной поверхности

Изъятие территорий (строительство зданий, создание прудов-

охладителей, прокладка подводящих и отводящий каналов,

дорог и пр.)

Загрязнение газообразными, жидкими и твердыми отходами

(тепловое загрязнение воздушного бассейна и водной среды)

Изменение альбедо поверхности

Атомные электро-

станции

Добыча ядерного топлива

Изъятие территорий

Захоронение отходов

Тепловое загрязнение

Гидравлические

электростанции

Строительство плотин

Изъятие территорий

Создание водохранилищ

Переработка берегов

Изменение сейсмичности

Подтопление и заболачивание территорий

Воздействие на подземные воды

298

Экология городов

Продолжение табл. 7.4

Изменение внутриводоемных процессов

Изменение альбедо поверхности

Линии электропередач

и электрические

подстанции

Изъятие территорий

Вырубка лесов

Возникновение блуждающих токов

Возникновение шумов

Образование зон повышенной напряженности электромаг-

нитных полей

Теплотрассы

Изъятие территорий

Изменение термического режима

7.5.1. Взаимодействие ТЭС и окружающей среды

Из всех типов электростанций наибольшее отрицательное воздействие на

окружающую среду оказывают ТЭС. Это связано, главным образом, с про-

цессами сжигания органического топлива. С учетом данных об элементарных

процессах, происходящих при сжигании топлива и при преобразовании теп-

ловой энергии в механическую работу, а затем в электрическую энергию, на

рис. 7.3 представлена схема взаимодействий ТЭС с компонентами окружаю-

щей природной среды. Ископаемое топливо извлекается из недр и после обо-

гащения и переработки подается в топку парогенератора (ПГ). Для обеспече-

ния сжигания топлива из атмосферы в топку подается воздух. Образующиеся

продукты сгорания передают основную часть теплоты рабочему телу энерге-

тической установки, часть теплоты рассеивается в окружающую среду, а часть

уносится с продуктами сгорания в дымовую трубу и далее в атмосферу.

В зависимости от исходного состава топлива продукты сгорания, выбрасыва-

емые в атмосферу, содержат окислы азота (NO

), окислы углерода (СО

), окис-

лы серы (SO

), углеводороды, пары воды и другие вещества в твердом, жид-

ком и газообразном состоянии. Загрязнение атмосферы мелкими твердыми

частицами золы связано, главным образом, с использованием в качестве топ-

лива угля, который предварительно измельчается в специальных мельницах.

Однако, при правильной организации процесса сжигания и применении со-

временных фильтров с эффективностью улавливания частиц до 95—99%, их

количество может быть сведено до минимума.

При сжигании жидкого топлива (мазута) с выбросами в атмосферу посту-

пают: окислы серы и азота, газообразные и твердые продукты неполного сго-

рания топлива, соединения ванадия (табл. 7.5). *

При сжигании природного газа в атмосферу также попадают окислы азота,

но образуется их существенно меньше, чем при сжигании мазута. Это объясня-

ется не только свойствами самого топлива, но и особенностями процессов сжи-

гания. Очевидно, что природный газ — наиболее экологически чистый вид энер-

Раздел 7. Энергетические объекты городов

299

етического топлива. Однако природный газ является денным сырьем для хими-

ческих отраслей, поэтому его широкое применение на ТЭС нецелесообразно.

Твердые

0 СО C0

^стицы

Воздух

/7^5//

Атмосфера

Теплота "Шум -магнитные^

, , . . I »

'/ поля >

« •

' / Электро-

Теплота Пар Н

Ископаемое

топливо

Литосфера

Гидросфера

Рис.7.3. Схема взаимодействия ТЭС и окружающей среды

Таблица 7.5. Усредненные показатели загрязнения атмосферы тепловыми

электростанциями, г/кВт • час

Загрязняющие

вещества

Виды топлива

Загрязняющие

вещества

каменный уголь бурый уголь

мазут природный газ

Двуокись серы

6,0 7,7 7,4

0,002

Твердые частицы

1,4

2,7

0,7

—

Окислы азота

21,0 3,45

2,45

1,9

Фтористые соединения 0,05

0,11 0,004

—

Одним из факторов воздействия угольных ТЭС на окружающую среду

являются отходы системы складирования, транспортировки, пылеприготов-

ления и золоудаления. Удаляемые из топки зола и шлак образуют золо- шла-

коотвалы на поверхности земли.

В паропроводах от парогенератора к турбоагрегату (7), как и в корпусах и

ресиверах турбогенератора, происходит передача теплоты окружающему воз-

духу. В конденсаторе (К), а также в системе регенеративного подогрева пита-

тельной воды, включающей регенеративные водоподогреватели (РВП), кон-

денсатные (КИ) и питательные насосы {ПН), теплота конденсации и переох-

300

Экология городов

лаждения конденсата воспринимается охлаждающей водой, подаваемой цир-

куляционными насосами (ЦН). Преобразование механической работы в элек-

трическую энергию в электрогенераторе (Г) также сопровождается потерями,

которые в конечном счете преобразуются в теплоту, передаваемую атмосфер-

ному воздуху. Работа вращающихся механизмов, смесительных аппаратов,

трансформаторов связана с акустическим воздействием на окружающую сре-

ду, а работа трансформаторных подстанций (777), линий электропередач (ЛЭП),

как и всех электрических машин, связана с воздействием электромагнитных

полей и выделением тепла в окружающую среду.

Особую группу вод, используемых ТЭС, составляют охлаждающие воды,

забираемые из водоемов на охлаждение поверхностных теплообменных аппа-

ратов — конденсаторов паровых турбин, водо-, масло-, газо- и воздухоохлади-

телей. Эти воды вносят в водоем большое количество тепла. Из конденсаторов

турбин отводится приблизительно до двух третей всего количества тепла, полу-

чаемого при сгорании топлива, что намного превосходит сумму тепла, отводи-

мого от других охлаждаемых теплообменников. Поэтому с охлаждением кон-

денсаторов связывают обычно так называемые "тепловые загрязнения" водо-

емов сбросными водами ТЭС и АЭС. О количестве тепла, отводимого с

охлаждающей водой отдельных электростанций, можно судить по установлен-

ным энергетическим мощностям. Средний расход охлаждающей воды и коли-

чество отводимого тепла, приходящиеся на 1000 МВт мощности, составляют

для ТЭС соответственно 30 м

/с и 4500 Гдж/ч, а для АЭС с турбинами насы-

щенного пара среднего давления — 50 м

/с и 7300 Гдж/ч.

Кроме конденсаторов турбоагрегатов, потребителями охлаждающей воды

являются маслоохладители (МО). Остальные потребители технической воды (си-

стемы золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки обору-

дования) потребляют около 7% общего расхода воды. В то же время именно эти

потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения.

При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощ-

ностью 300 МВт образуется до 10 000 м

разбавленных растворов соляной кисло-

ты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

Один из компонентов, загрязняющих окружающую среду, — это шумо-

вое воздействие. Энергетическое оборудование, как правило, является источ-

ником значительного шума. Однако основные источники шума, такие как

паровые котлы, турбины, генераторы, редукционно-охладительные устрой-

ства, расположены внутри помещения ТЭС. Поэтому они, как правило, не

оказывают значительного влияния на прилегающую к ТЭС территорию. От

оборудования, расположенного вне главного корпуса, шум может распрост-

раняться за пределы территории станции. Это обстоятельство, характерное

для всех типов электростанций, наибольшее значение имеет для ТЭЦ, кото-

рые расположены обычно в городском массиве. Их влияние ца районы жи-

лой застройки может оказаться существенным. Источниками постоянного

шума, оказывающими существенное воздействие на окружающий район, яв-

ляются тягодутьевые машины, газораспределительные пункты, трансформа-

торы, градирни, места забора воздуха из атмосферы и на выбросы из дымо-

вых труб, особенно периодические продувки пара в атмосферу.