Экология энергетики

В 70-е годы ХХ века, в связи с резким повышением мировых цен на нефть, в экономике западных стран и Японии были развёрнуты активные работы по энергосбережению. В СССР в это время, наоборот, развивалась добыча нефти и газа, в том числе на экспорт, и проблемам сбережения энергии уделялось мало внимания.

В итоге у нас сформировалось отставание от мирового уровня по экономии невозобновляемых энергоресурсов (газа, нефти, угля, сланца, торфа, урана и т.д.). В последние годы ХХ века затраты энергоресурсов на производство единицы конечного продукта экономики составляли в России почти в 4 раза больше, чем в США и в 11 раз больше, чем в Японии. Конечно, в России более суровый климат, чем в Японии, и соответственно больше расход энергоресурсов на отопление, но не во столько же раз!.. И дело не только в том, что Япония производит много наукоёмкой, высокотехнологичной продукции с малым потреблением энергии. В металлургии, машиностроении, химической технологии, производстве строительных материалов в России расход энергоресурсов 1,5-2 раза выше, чем в развитых странах. При этом следует заметить, что макроэкономические программы, направленные на увеличение и использование невозобновляемых энергоресурсов, ведут в тупик. Сиюминутные выгоды от проедания энергоресурсов меньше глобального ущерба.
Основной потребитель энергоресурсов – энергетика: производство тепла (около16%) и электроэнергии (около 12%). В сравнении с развитыми индустриальными странами в энергетике России мала доля АЭС (16%) и велика доля использования дефицитного высококачественного топлива – газа, мазута (67%). Заметим, что Соединённые Штаты более 55% своей электроэнергии производят на угольных ТЭС. На их угольных станциях себестоимость 1 кВт.ч электроэнергии составляет примерно 2 цента, на газовых и мазутных – почти в два раза дороже. Около 17% энергоресурсов расходует технология (чёрная и цветная металлургия, машиностроение, производство строительных материалов, химическая промышленность и т. д.). Около 16% энергоресурсов потребляет транспорт (авиация, тепловозы, автомобили, морской и речной флот, трактора различного назначения; сюда же входит расход газового и нефтяного топлива на привод компрессорных и насосных установок трубопроводов). Около 4% – сельское хозяйство (сельхозмашины, предприятия первичной переработки сельхозпродукции). Остальные 35% в начале XXI века Россия отправляет на экспорт. В первую очередь вывозятся самые ценные энергоресурсы. Западная Европа до 30% своих потребностей в природном газе покрывает за счёт России. Экспорт нефти (включая нефтепродукты) превышает 50% добычи. Отметим, что из развитых стран только Норвегия экспортирует нефть со своих североморских месторождений.
Значительная экономия топлива достигается в нашей стране за счёт применения развитых централизованных систем теплоснабжения, которыми обогреваются около 60% городов и посёлков городского типа. Теплофикация является мощной подсистемой энергетики, которая за счёт комбинированной выработки тепловой и электрической энергии обеспечивает годовую экономию условного топлива около 30 млн. в год. При этом повышается производительность труда, уменьшается загрязнение окружающей среды по сравнению с теплоснабжением от квартальных котельных. Необходимо внедрять в жилищное строительство конструкции с усиленной теплоизоляцией, сокращать перетечки воздуха, автоматизировать теплопотребляющие установки, внедрять средства учёта потребляемой тепловой энергии.
Важнейшим направлением экономики топливно-энергетических ресурсов является использование «сбросной теплоты», отработавшей в основном технологическом процессе промышленных предприятий. Это так называемые вторичные энергоресурсы (ВЭР), которые могут быть использованы для выработки электроэнергии и покрытия отопительной нагрузки.
Основными источниками ВЭР являются: теплота отработавших газов металлургических, химических, машиностроительных, строительных, целлюлозно-бумажных и транспортных предприятий; теплота принудительного охлаждения стенок высокотемпературных печей, теплота технологических продуктов и отходов; теплота низкого потенциала (речная вода в зимнее время, теплота земли, теплота удаляемая с вентилируемым воздухом и т.д.).
В странах Европейского Союза активно используется энергия биотоплива, получаемого в результате фотосинтеза зелёных растений под действием солнечных лучей и синтеза углекислого газа, воды и некоторых «биогенных» элементов почвы. К основным видам биотоплива относятся: древесина и древесные отходы (в России 75% этих отходов не используется); торф, биогаз, получаемый в результате метанового брожения сельскохозяйственных и бытовых отходов; полевые культуры и водоросли (солома, камыш, початки кукурузы, подсолнечника после обмолота и др.); бытовые отходы, получаемые из сточных вод канализации, к которым подмешиваются присадки активного ила, содержащего микроорганизмы (выделяющийся газ содержит до 55% метана и может служить топливом, а иловые осадки используются как удобрение и как топливо); твёрдые бытовые отходы (ТБО) – макулатура, пищевые отходы, древесина. Созданы специальные технологии для сбора биогаза (метана) и котельные установки для сжигания ТБО. В Швеции объём сжигаемых ТБО достигает 60%, в Швейцарии – 75%, в Японии – 80%.
Приведенные материалы показывают лишь возможные направления энергосбережения на промышленных предприятиях. Для их реализации необходима воля руководителей и подготовка специалистов соответствующего профиля.
Добыча, переработка и транспортировка энергоресурсов, выработка и передача тепловой и электрической энергии, использование энергии потребителями – все эти составляющие топливно-энергетического комплекса (ТЭК) связаны с загрязнением окружающее среды. Причём, энергетика среди остальных отраслей народного хозяйства является одним из наиболее крупных загрязнителей среды. Поэтому вопросам экологической безопасности, разработке природоохранных технологий в энергетике уделяется очень большое внимание.
Сжигая в топках котлов и камерах сгорания органическое топливо, тепловые станции и энергетические установки выбрасывают в атмосферу различные токсичные газы. Известно, что органическое топливо содержит горючие компоненты: углерод, водород и серу, которые вступают в химическую реакцию с кислородом воздуха, образуя продукты сгорания. Известно, что для сжигания 1 кг углерода требуется 2,67 кг кислорода, при этом выделяется 3,67 кг диоксида углерода и 33,7 МДж/кг теплоты. Соответственно для сжигания 1 кг водорода требуется 8 кг кислорода, выделяется 9 кг водяных паров и 142,4 МДж/кг теплоты, а для сжигания 1 кг серы требуется 1 кг кислорода и выделяется 2 кг диоксида серы и 9,2 МДж/кг теплоты. Приводя такие подробности, хотим заострить внимание студентов, учащихся и преподавателей химии на том, что воздух состоит из кислорода (23% по массе и 21% по объёму) и азота (77% по массе и 79% по объёму), и уравнения химических реакций компонентов топлива должны содержать не только токсичные вещества, но и количество выделившейся теплоты.
Выбрасываемые в атмосферу продукты сгорания топлива частично разлагаются зелёными растениями под воздействием лучистой энергии солнца, частично накапливаются в атмосфере, образуя опасные концентрации, и вступают в реакции с атмосферной влагой, образуя различные кислоты. При высоких температурах сгорания в продуктах сгорания образуются оксиды азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, также образуют кислоты. Неполное сгорание топлива в топках котлов, камерах сгорания ДВС и газовых турбин приводит к выбросам в атмосферу оксида углерода несгоревших углеводородов.
Современные ТЭС и АЭС являются крупными водопользователями. При ремонте котлов, парогенераторов и других теплообменных устройств применяются химпромывки внутреннего контура и обмывки наружных поверхностей токсичными веществами – плавиковой и щавелевой кислотами, гидразином, аммиаком и др. В результате образуются токсичные жидкие стоки. Их обезвреживают химической обработкой, отстаивают и фильтруют, перед сбросом в водоём концентрацию загрязнений снижают разбавлением. Большую опасность для водоемов представляют сбросы нефтепродуктов – различных масел и топлив, которые после утечек смываются с территории предприятия дождевыми и талыми водами, растекаясь тонкими плёнками по поверхности воды.
Серьёзная проблема теплоэнергетики – тепловое загрязнение водоёмов и окружающей среды. Вырабатывая электроэнергию, ТЭС и АЭС около половины затраченной теплоты сгорания топлива сбрасывают с водой в ближайший водоём. В больших водоёмах температура поверхностных слоёв воды повышается на 5-100С, а если водоём-охладитель невелик, нагрев становится значительным. Например, в озере-охладителе Калининской АЭС при работе двух энергоблоков общей электрической мощностью 2 ГВт летом вода нагревается до 350С.
Более подробные сведения о загрязнении окружающей среды теплоэнергетикой, технические и технологические способы снижения экологически вредных веществ можно получить в Энергетическом институте Северо-Западного технического университета, выпускающем квалифицированных инженеров-теплоэнергетиков, обладающих общенаучными знаниями и хорошей профессиональной подготовкой.

Вернуться на главную страницу эко энергетики     Раздел В тему!

Что еще есть по теме?

Вернуться на главную страницу эко энергетики     Раздел В тему!