Экологические проблемы тепловой энергетики

Теплоэнергетику справедливо называют основой основ технического прогресса. На тепловых электростанциях вырабатывается около 90% общего объёма электроэнергии. Эта отрасль стоит на первом месте и по масштабам воздействия на окружающую среду. Тепловые электростанции, потребляя свыше 1/3 добываемого в мире топлива, могут оказать существенное влияние как на атмосферу окружающих районов, так и на биосферу в целом.

Технология производства электроэнергии на тепловых электростанциях с использованием органических топлив связана с превращением практически всех затраченных материальных ресурсов и большей части энергии топлива в отходы, выбрасываемые в окружающую среду, в том числе и тепловые сбросы. Уменьшение количества теплоты, отводимой с охлаждающей водой, достигается при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии на ТЭЦ. Однако в любом случае существенным в защите естественных водоёмов и рек от вредного теплового воздействия является переход от прямоточных систем водоснабжения к оборотным. Источниками загрязнения атмосферы являются производственные стоки и вредные выбросы продуктов сгорания.

К сточным водам тепловых электростанций относятся следующие воды: содержащие нефтепродукты, после обмывки поверхностей нагрева паровых котлов, сбросные после установок химической очистки, консервации и промывок оборудования, а также систем гидрозолоудаления.

Количество сточных вод, содержащих нефтепродукты, не зависит от мощности станции и типа оборудования, хотя при использовании жидкого топлива оно несколько выше, чем для ТЭС на твёрдом топливе. В то же время в основном количество их зависит от качества монтажа и эксплуатации оборудования электростанции.

Совершенствование конструкции оборудования, тщательное соблюдение правил его эксплуатации позволяют снизить до минимальных значений количество поступающих в сточные воды нефтепродуктов, а применение различного типа ловушек и отстойников позволяет исключить их попадание в окружающую среду.

Например, для ТЭС с охлаждающей водой сбрасывается от 4 до 7 кДж теплоты на каждый 1 кВт·час выработанной электроэнергии. По санитарным нормам тепловые сбросы не должны повышать собственную температуру водоёма более чем на 5⁰С в зимнее время и 3⁰С в летнее.

Итак, какие же сбросы вредных веществ производятся от тепловых электростанций?

1. Выбросы в атмосферу летучей золы, двуокиси серы, окислов азота.

2. Сбросы в природные водоёмы различных сточных вод.

3. Сбросы в водоёмы и водостоки больших количеств тепла, главным образом после конденсаторов, а также различных охладителей (тепловое загрязнение).

Наибольшие выбросы вредных веществ имеют место у крупных конденсационных электростанций, расположенных, как правило, в относительно малонаселённых местностях с ограниченным количеством других источников загрязнения атмосферы (заводов, фабрик и т.д.). Эти электростанции, имея громадные мощности, потребляют наименее ценные сорта топлива, являются источниками огромных выбросов золы, сернистого газа и окислов азота.

В нашей стране преимущественное применение получило комбинированное тепло и электроснабжение городов от ТЭЦ. Комбинированная выработка электроэнергии и тепла позволяет существенно сократить расход топлива на энергоснабжение, обеспечить наиболее совершенные способы сжигания, очистки и выброса дымовых газов в высокие слои атмосферы, что недостижимо при наличии многочисленных котельных и бытовых печей.

Вместе с тем энергоснабжение от ТЭЦ увеличивает количество топлива, сжигаемого в зоне расположения города, и требует специальных мероприятий по снижению концентраций вредных веществ в дымовых газах с учётом фоновой загазованности от других источников.

В выбросах тепловых электростанций содержится также значительное количество металлов и их соединений. При пересчёте на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 миллионов доз, железа ― 400 миллионов доз, магния ― 1,5 миллиона доз. Смертельный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния на всё живое через воду, почву и воздух.

Таким образом, тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, включая человека, растения и другие организмы и их сообщества.

Серьёзные экологические проблемы связаны с твёрдыми отходами тепловых электростанций ― золой и шлаком. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, всё же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей, которые способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности, а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы тепловых электростанций являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. Такие абразивные материалы как окислы кремния и алюминия способны разрушать лёгочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи пылеугольных ТЭС.

Серьёзную проблему вблизи тепловых электростанций представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжёлых металлов.

В районе расположения крупной теплоэлектростанции в воздушный бассейн попадают шумы в основном от источников, расположенных на открытом воздухе. Сюда относятся периодические сбросы пара через предохранительные клапаны, продувка барабанных парогенераторов, постоянный шум от повышающих трансформаторов, градирен. Особенно вреден шум от осевых дымососов, который может распространяться на большое расстояние. На окружающую среду могут оказывать некоторое влияние электромагнитные поля высоковольтных линий электропередачи между тепловой электростанцией и потребителями электрической энергии.

Министерством здравоохранения и социального развития Российской Федерации установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, которые являются практически безвредными для людей, животных и растительности. Максимальная разовая норма относится к двадцатиминутному времени отбора пробы, среднесуточная ― к 24 часам. Поскольку максимум концентрации вредных веществ перемещается по территории в зависимости от направления ветра, состояния атмосферы, а значение максимума зависит от режима работы оборудования, погодных и других факторов, усреднённые по времени значения оказываются во много раз меньше максимальных разовых.

Для охраны здоровья людей, сохранения растительного и животного мира наибольшее значение имеет уменьшение среднего воздействия вредных выбросов за длительный период времени, например, за год.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и её обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей, то есть топлива. Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Таким образом, охрана окружающей среды на современном этапе является одной из актуальнейших проблем не только в теплоэнергетике но и в других отраслях промышленности.