Екологічні проблеми теплової енергетики

Виробництво електроенергії на ТЕС супроводжується виділенням великої кількості теплоти, тому такі станції, як правило, будуються поблизу міст і промислових центрів для використання (утилізації) цієї теплоти. Зважаючи на обмеженість світових запасів мінерального палива, вчені й техно­логи продовжують працювати над поліпшенням параметрів енергоблоків, підвищенням їхніх коефіцієнтів корисної дії (ККД), що забезпечує ощадливіше витрачання палива. Так, істот­ну економію палива дає збільшення одиничної потужності енер­гоблоків. Сьогодні на ТЕС установлюються енергоблоки по­тужністю 1000—1200 МВт. Сучасна технологія дає змогу підвищи­ти цю потужність до 3000 МВт, що заощадить кілька процентів палива. Подальше зростання потужності блоків (до 5000 МВт) можливе в разі запровадження так званих кріогенних генераторів, які охолоджуються зрідженим гелієм.

Знизити питому витрату палива вдається також підвищенням ККД генераторів ТЕС. Нині максимальне значення ККД стано­вить близько 40 %, але в принципі його можна збільшити до 60 % за рахунок упровадження перспективних магнітогідроди­намічних (МГД) генераторів, дослідні зразки яких сьогодні випробовуються в ряді країн.

За рахунок спалювання палива (включаючи дрова та інші біоресурси) в даний час виробляється близько 90% енергії. Частка теплових джерел зменшується до 80-85% у виробництві електроенергії. При цьому в промислово розвинених країнах нафту і нафтопродукти використовуються в основному для забезпечення потреб транспорту. Наприклад, у США (дані на 1995 р.) нафту в загальному енергобалансі країни становила 44%, а в отриманні електроенергії-тільки 3%. Для вугілля характерна протилежна закономірність: при 22% в загальному енергобалансі він є основним у отриманні електроенергії (52%). У Китаї частка вугілля в отриманні електроенергії близька до 75%, в той же час в Росії переважним джерелом отримання електроенергії є природний газ (близько 40%), а на частку вугілля доводиться тільки 18% одержуваної енергії, частка нафти не перевищує 10%.

У світовому масштабі гідроресурси забезпечують отримання близько 5-6% електроенергії (в Росії 20,5%), атомна енергетика дає 17-18% електроенергії. У Росії її частка близька до 12%, а в ряді країн вона є переважною в енергетичному балансі (Франція - 74%, Бельгія -61%, Швеція - 45 %).

Спалювання палива - не тільки основне джерело енергії, але і найважливіший постачальник в середу забруднюючих речовин. Теплові електростанції в найбільшою мірою «Відповідальні» за підсилюється парниковий ефект і випадання кислотних опадів. Вони, разом з транспортом, поставляють в атмосферу основну частку техногенного вуглецю (в основному у вигляді СО), близько 50% двоокису сірки, 35% -- окислів азоту і близько 35% пилу. Є дані, що теплові електростанції в 2-4 рази сильніше забруднюють середовище радіоактивними речовинами, ніж АЕС такої ж потужності.

У викидах ТЕС міститься значна кількість металів та їх сполук. При перерахунку на смертельні дози в річних викидах ТЕС потужністю 1 млн. кВт міститься алюмінію та його сполук понад 100 млн. доз, заліза-400 млн. доз, магнію -1,5 млн. доз. Летальний ефект цих забруднювачів не виявляється тільки тому, що вони потрапляють в організми в незначних кількостях. Це, однак, не виключає їх негативного впливу через воду, грунти та інші ланки екосистем.

Можна вважати, що теплова енергетика негативно впливає практично на всі елементи середовища, а також на особу, інші організми та їх спільноти.

Разом з тим вплив енергетики на середу та її мешканців в більшій мірі залежить від виду використовуваних енергоносіїв (палива). Найбільш чистим паливом є природний газ, далі йде нафта (мазут), кам'яне вугілля, буре вугілля, сланці, торф.

Хоча в даний час значна частка електроенергії виробляється за рахунок відносно чистих видів палива (газ, нафта), однак закономірною є тенденція зменшення їх частки. За наявними прогнозами, ці енергоносії втратять своє провідне значення вже в першій чверті XXI століття. Тут доречно згадати висловлювання Д. І. Менделєєва про неприпустимість використання нафти як палива: «нафта не паливо - топити можна і асигнаціями». Не виключена ймовірність істотного збільшення в світовому енергобалансі використання вугілля. За наявними розрахунками, запаси вугілля такі, що вони можуть забезпечувати світові потреби в енергії протягом 200-300 років Можлива видобуток вугілля, з урахуванням розвіданих і прогнозних запасів, оцінюється більш ніж в 7 трильйонів тонн. При цьому більш 1/3 світових запасів вугілля знаходиться на території Росії. Тому закономірно очікувати збільшення частки вугілля або продуктів їх переробки (наприклад, газу) в отриманні енергії, а отже, і в забрудненні середовища. Вугілля містять від 0,2 до десятків відсотків сірки в основному у вигляді піриту, сульфату закісного заліза та гіпсу. Наявні способи уловлювання сірки при спалюванні палива далеко не завжди використовуються через складність і дорожнечу. Тому значна кількість її надходить і, очевидно, буде надходити в найближчій перспективі в навколишнє середовище. Серйозні екологічні проблеми пов'язані з твердими відходами ТЕС - золою і шлаками. Хоча зола в основній масі вловлюється різними фільтрами, все ж таки в атмосферу у вигляді викидів ТЕС щорічно надходить близько 250 млн. т. дрібнодисперсних аерозолів. Останні здатні помітно змінювати баланс сонячної радіації в земної поверхні. Вони ж є ядрами конденсації для пари води і формування опадів, а потрапляючи в органи дихання людини та інших організмів, що викликають різні респіраторні захворювання.

Викиди ТЕС є суттєвим джерелом такого сильного канцерогенної речовини, як бензо (а) пірен. З його дією пов'язане збільшення онкологічних захворювань. У викиди вугільних ТЕС містяться також оксиди кремнію і алюмінію. Ці абразивні матеріали здатні руйнувати легеневу тканину і викликати таке захворювання, як силікоз, яким раніше хворіли шахтарі. Зараз випадки захворювання силікоз реєструються у дітей, що проживають поблизу вугільних ТЕС.

Серйозну проблему поблизу ТЕС представляє складування золи і шлаків. Для цього потрібні значні території, які довгий час не використовуються, а також є осередками накопичення важких металів і підвищеної радіоактивності.

Є дані, що якби вся сьогоднішня енергетика базувалася на вугіллі, то викиди СО, становили б 20 млрд. тонн на рік (зараз вони близькі до 6 млрд. т/рік). Це та межа, за яким прогнозуються такі зміни клімату, які обумовлять катастрофічні наслідки для біосфери.

ТЕС - істотне джерело підігрітих вод, які використовуються тут як охолоджує агент. Ці води нерідко потрапляють у річки та інші водойми, обумовлюючи їх теплове забруднення й сопутствующіеему ланцюгові природні реакції (розмноження водоростей, втрату кисню, загибель гідробіонтів, перетворення типово водних екосистем в болотні і т. п.).

Спалювання мінерального палива супроводжується сильними забрудненнями довкілля. Розглянемо головні з них.