Аудит впливу енергетичних об'єктів на навколишнє природне середовище.

Вплив енергетики на навколишнє природне середовище зводиться до наступного:

- водопостачання та водокористування, яке обумовлює зміни водного балансу та якості води;

- випадання на поверхні у вигляді твердих часток або рідких розчинів продуктів викидів в атмосферу, в тому числі: кислот та кислотних окисів, металів та їх сполук, канцерогенних та радіоактивних речовин;

- складування продуктів спалювання твердих палив (зола, шлаки), продуктів продувок поверхні нагріву (сажа, зола), а також відходів збагачення палива;

- викиди твердих та рідких радіоактивних відходів, включаючи відходи видобутку та збагачення уранових руд;

- викиди теплоти, наслідком яких може бути постійне локальне підвищення температури в водоймищі, тимчасове підвищення температури, зміна умов льодоставу, зимового гідрологічного режиму, зміна умов паводків, зміна розподілу осадів, випаровувань, туманів, місцеве опалення повітряного басейну;

- створення водосховищ в долинах рік або з використанням природного рельєфу поверхні, а також створення штучних ставків-охолоджувачів, що призводить до змін якісного та кількісного складу річного стоку, зміна гідрології водного басейну, збільшення тиску на дно, проникнення вологи в розломи кори та зміна сейсмічності, зміна умов рибальства, розвиток планктону та водної рослинності, зміна мікроклімату, умов відпочинку, спортивних занять, бальнеологічних та інших факторів водного середовища, підтоплення та заболочення територій, переніс населених пунктів;

- зміна ландшафту при споруді різних енергетичних об'єктів, в тому числі вирубка лісів, вилучення з сільськогосподарського обігу ораних земель, лугів;

- вплив скидів, виносів та зміна характеру взаємовпливу водних басейнів з сушею на структуру та властивості континентальних шельфів.

Домішки забруднення можуть сумарно вплинути на природній круговорот та матеріальні баланси тих або інших речовин між гідро-, літо- і атмосферою.

Вплив різних енергетичних об'єктів на навколишнє природне середовище в загальному виді представлений в табл.2.1.

Таблиця 2.1.

Вплив енергетики на навколишнє природне середовище

З усіх видів електростанцій найбільш негативний вплив на навколишнє середовище здійснюють ТЕС. Це пов'язано, головним чином, з процесами згорання органічного палива. Паливо, яке видобувається з надр та після збагачення та переробки попадає в топку парогенератора (ПГ). Для забезпечення згорання палива із атмосфери в топку подається повітря. Продукти згорання передають основну частину теплоти робочому тілу енергетичної установки, частина теплоти розсіюється в навколишнє середовище, а частина уноситься з продуктами згорання в димову трубу і далі в атмосферу. В залежності від вихідного складу палива продукти згорання, які викидаються в атмосферу, містять окиси азоту (NO), окиси вуглеводу (СО), окиси сірки (SО), вуглеводні, пари води та інші речовини в твердому, рідкому та газоподібному стані (табл.2.2).

Забруднення атмосфери мілкими твердими частинами золи пов’язано з використанням в якості палива вугілля, яке попередньо подрібнюють в спеціальних млинах. Але, за правильної організації процесу спалювання та застосування сучасних фільтрів з ефективністю вловлювання часток до 95-99%, їх кількість може бути зведена до мінімуму.

При спалюванні рідкого палива (мазуту) з викидами в атмосферу надходять: окиси сірки та азоту, газоподібні та тверді продукти неповного згорання палива, сполуки ванадію.

Таблиця 2.2.

Середні показники забруднення атмосфери тепловими електростанціями, г/кВт·год

При спалюванні природного газу в атмосферу також попадають окиси азоту, але виникає їх істотно менше, ніж при спалюванні мазуту. Це пояснюється не тільки властивостями самого палива, але і особливостями процесів спалювання. Вочевидь, що природний газ – найбільш екологічно чистий вид енергетичного палива. Але природний газ є цінною сировиною для хімічних галузей, тому його широке застосування на ТЕС недоцільно.

Одним із факторів впливу вугільних ТЕС на навколишнє середовище є відходи системи складування, транспортування, пилоприготування та золовидалення. Зола та шлак, які видаляються з топки, утворюють золо- шлаковідвали на поверхні землі.

В паропроводах від парогенераторів до турбогенератора (Т), як і в корпусах та ресиверах турбогенераторів, відбувається передача теплоти навколишньому повітрю. В конденсаті (К), а також в системі генеративного підігріву живильної води, яка включає регенеративні водопідігрівачі (РВП), конденсатні (КН) та живильні насоси (ЖН), теплота конденсації та переохолодження конденсату сприймається охолоджувальною водою, яка подається циркуляційними насосами (ЦН). Перетворення механічної роботи в електричну енергію в електрогенераторі (І) також супроводжується втратами, які в кінцевому рахунку перетворюються в теплоту, яка передається атмосферному повітрю. Робота механізмів, що обертаються, змішувальних апаратів, трансформаторів пов'язана з акустичним впливом на навколишнє середовище, а робота трансформаторних підстанцій (ТП), ліній електропередач (ЛЕП), як і в усіх електричних машин, пов'язана з впливом електромагнітних полів та виділенням тепла в навколишнє середовище.

Особливу групу вод, які використовуються ТЕС, складають охолоджуючі води, які забираються з водоймищ на охолодження поверхневих теплообмінних апаратів – конденсаторів парових турбін, водо-, масло-, газо- та повітряохолоджувачів. Ці води вносять в водоймище велику кількість тепла. З конденсаторів турбін відводиться приблизно до двох третіх всієї кількості тепла, яке відводиться від інших охолоджуваних теплообмінників. Тому з охолодженням конденсаторів пов'язують звичайно так звані „теплові забруднення” водоймищ скидними водами ТЕС та АЕС. Про кількість тепла, яке відводиться з охолодженою водою окремих електростанцій, можна судити за встановленими енергетичними потужностями. Середня витрата охолоджуючої води та кількість тепла, яке відводиться, і приходиться на 1000 МВт потужності, складають для ТЕС відповідно 30м³/с та 4500 ГДж/год, а для АЕС з турбінами насиченої пари середнього тиску - 50м³/с та 7300 ГДж/год.

Крім конденсаторів турбогенераторів, споживачами охолоджуючої води є маслоохолоджувачі (МО). Інші споживачі технічної води (системи золо- та шлаковидалення, хімводоочищення, охолодження та промивки обладнання) споживають близько 7% загальної витрати води. В той же час саме ці споживачі води є основними джерелами забруднення . При промивці поверхонь нагріву котлоагрегатів серійних блоків ТЕС потужністю 300 МВт утворюється до 10000 м³ розбавлених розчинів соляної кислоти, їдкого натру, аміаку, солей амонію, заліза та інших речовин.

Одним з компонентів, які забруднюють навколишнє середовище, - це шумовий вплив. Енергетичне обладнання, як правило, є джерелом значного шуму. Однак основні джерела шуму, такі як парові котли, турбіни, генератори, редукційно-охолоджуюче устаткування, розташовані всередині приміщень ТЕС. Тому вони значно не впливають на прилеглу до ТЕС територію. Від обладнання, яке розташоване за межами головного корпусу, шум може поширюватися за межі території станції. Ця обставина, характерна для усіх типів електростанцій, найбільше значення має для ТЕЦ, які розташовані, як правило, в житловому масиві. Їх вплив на райони жилої забудови може бути істотним. Джерелами постійного шуму, який впливає на навколишній район, є тягодутні машини, газорозподільні пункти, трансформатори, градирні, місця забору повітря з атмосфери і на викиди з димових труб, особливо періодичні продувки пари в атмосферу.

Особливістю атомної енергетики є невеликі витрати ядерного палива, які забезпечують виділення значної кількості енергії (тепла). Для АЕС потужністю 1 млн. кВт потрібно на добу 3 кг U²³⁵ замість 7100 т.у.п., як для ТЕС такої ж потужності.

Головна відмінність між ТЕС та АЕС полягає в наступному, в схемі останньої замість котла, який працює на органічному паливі, є атомний реактор, а також парогенератор особливої конструкції. Інше обладнання, а отже і вплив цієї частини АЕС на навколишнє середовище, не відрізняється від обладнання ТЕС: парова турбіна, електричний генератор, конденсатор, водяний насос та т.п.

Виділення енергії в процесі регульованої ланцюгової реакції розпаду атомів урану, торію та плутонію відбувається в ядерному реакторі (Р), в його активній зоні. Майже вся енергія ядерної реакції передається теплоносію. Прямий вихід радіоактивних відходів в навколишнє середовище попереджається багаторівневою системою радіаційного захисту, яка діє як в умовах нормальної експлуатації, так і при аварійних ситуаціях. За нормальної експлуатації АЕС радіоактивність контуру ядерного реактора обумовлена активізацією продуктів розпаду та проникненням їх в теплоносій. Наведену активність зазнають практично усі речовини, які взаємодіють з радіоактивним випромінюванням.

В схемах АЕС передбачаються необхідне устаткування для збору активних речовин та видалення їх у вигляді газоподібних, рідких або твердих відходів. Рідкі відходи містять радіоактивні ізотопи стронцію, цезію, водню та інших елементів. Радіоактивність рідких та газоподібних викидів у різних АЕС відрізняється на декілька порядків, але в більшості випадків сумарні викиди значно нижчі гранично допустимих рівнів (ГДР).

Систематичні спостереження за впливом АЕС на водне середовище за нормальної експлуатації не виявили істотних змін природного радіоактивного фону. При встановлених допустимих рівнях впливу ядерної енергетики на гідросферу та існуючих методах контролю скидів діючі типи ядерних енергетичних установок не представляють великої загрози порушення локальних і глобальних рівноважних процесів в гідросфері та її взаємодію з іншими складовими географічної оболонки Землі.

Відповідно до Правил ядерної безпеки АЕС МАГАТЕ проекти усіх систем, компоненти яких впливають на ядерну безпеку, повинні містити докладний аналіз усіх можливих відмов складових елементів з виділенням небезпечних відмов та оцінку їх наслідків. З урахуванням поширення викидів при аваріях на АЕС встановлюються санітарно-захисні зони.

Всі інші види впливу АЕС на гідро- і літосферу, не пов'язані з радіоактивністю (вплив системи водопостачання, підвідних та відвідних каналів, фільтрів), якісно не відрізняються від аналогічних впливів ТЕС. Основне тепловиділення АЕС на навколишнє середовище, як і на ТЕС, відбувається в конденсаторах паротурбінних установок. Але питомі тепловиділення в охолоджуючу воду у АЕС більші, ніж у ТЕС, внаслідок значної питомої витрати палива. Це визначає великі питомі витрати охолоджуючої води. В зв'язку з чим на всіх нових АЕС передбачається установка градирень, в яких теплота відводиться безпосередньо в атмосферу. Потім охолоджуюча вода надходить в ставок-охолоджувач. Це водоймище відокремленого водокористування, необхідне для забезпечення замкнутої системи водопостачання АЕС.

Споживання повітря на АЕС визначається потребами розбавлення забруднюючих викидів та забезпечення нормальних умов життєдіяльності персоналу. Витрати повітря на АЕС з тепловими реакторами оцінюється в межах (15-20)·106м³/рік на 1МВт встановленої потужності.

Найбільш складною екологічною проблемою при експлуатації АЕС є поховання багатотоннажних радіоактивних відходів, які утворюються при демонтажі елементів обладнання, які мають радіоактивність, по закінченню строку служби або з інших причин, а також відпрацьованого ядерного палива. Передбачається декілька варіантів поховання обладнання: поміщення всіх забруднених радіоактивністю елементів в шахтних виробітках; поховання тільки найбільш забруднених наведеною радіоактивністю елементів з повторним використанням інших за призначенням; періодична дезактивація обладнання на місці з похованням концентрованих відходів та змивів.

Подальший розвиток атомної енергетики України пов'язаний зі створенням на території держави постійного сховища багатотоннажних радіоактивних відходів.

Всього декілька десятиріч назад широкого розповсюдження набула точка зору про те, що ГЕС не можуть негативно впливати на навколишнє середовище. Але з часом стало зрозуміло, що при будівництві і експлуатації ГЕС навколишньому природному середовищу завдається істотна шкода.

Проблемою є водосховища, більшу частину яких складають мілководдя. Площа мілководь особливо велика при зарегулюванні рівнинних рік, наприклад, у водосховища Дніпровського каскаду. Вода мілководь інтенсивно прогріваються сонцем, що в сукупності з надходженням біогенних речовин створює сприятливі умови для розвитку синьо-зелених водоростей та інших евтрофікаційних процесів. При створенні водосховищ затоплюється територія, яка дорівнює площі його дзеркала. Для акумулювання 1 км³ води в водосховищах, які споруджуються на рівнинних ріках, площа затоплення складає близько 300-320 км², на гірських ріках – 80- 100 км². Тому розвиток гідроенергетики необхідно вести в гірській місцевості. В результаті фільтрації води в борта водосховища навколо нього формується широка зона підтоплення, яка дорівнює площі дзеркала водосховища. Хвильові явища викликають переробку берегів, що збільшує площі мілководь. Мілководдя та підтоплення сприяють заболоченню території, прилеглої до водосховища.

При спорудженні ГЕС відбувається перерозподіл стоку ріки, змінюється її рівень, а також хвильовий, термічний та льодовий режими. Швидкості течії ріки зменшуються в десятки разів. В окремих частинах водосховища виникають застійні зони. Змінюється тепловий режим в нижньому б'єфі водосховища в осінньо-зимовий період за рахунок надходження з верхнього б'єфу більш теплої води, яка нагріта в водосховище за літо. Ці відхилення від природних умов поширюються на сотні кілометрів від греблі ГЕС. Спостерігаються істотні зміни гідрохімічного та гідробіологічного режимів водних мас. У верхньому б'єфі маси води насичуються органічними речовинами, які надходять з річним і поверхневим стоком, стічними водами, а також такими, що вимиваються з затоплених ґрунтів.

Під тиском великих мас води, накопиченої в водосховищах, нерідко відбуваються просадки земної поверхні, які співставляються з землетрусами силою до 2-3 балів. В результаті зміни гирлових режимів в водосховищах осідають насоси. Зарегулювання річного стоку відображається на стані морського середовища.

В початковій стадії розвитку цих джерел енергії необхідно як можливо більшою повнотою виявити ступінь їх випливу на навколишнє природне середовище, уникнути помилок, які були допущені при освоєнні традиційних джерел енергії, коли спочатку були створені технологічні принципи та конструкції енергоустановок, та лише потім, в процесі експлуатації, почались пошуки шляхів придушення негативних екологічних впливів. Далі приведені найбільш характерні впливи на навколишнє природне середовище, яке виникає при використанні НВДЕ.

Сонячна енергія. Низькотемпературні сонячні системи тепло- і водопостачання є найбільш поширеними в даний період як в індустріально розвинутих, так і державах, що розвиваються. Середньо- і високотемпературні сонячні установки поки що знаходяться на стадії інтенсивного розроблення. В світі створено декілька сонячних електричних станцій (СЕС) з використанням розосереджених параболічних систем концентраторів (загальною потужністю – 400 МВт). Досвід їх експлуатації показав, що основним екологічним фактором для СЕС за термодинамічним циклом перетворення енергії є блокування обладнанням значних земельних територій. Так, середня потенційна можливість СЕС даного циклу оцінюється в 30-40 МВт з одного км². Потенційні можливості отримання граничної потужності фотоперетворювачів в 45-60 МВт з 1 км² (за їх ККД до 15%) та 60-100 МВт (за ККД фотоперетворювачів – до 25%). З розрахунку на 1 МВт потужності, яку отримують СЕС, на фотоперетворювачах вдвоє економічно використовують території, ніж СЕС, які виконані за термодинамічним циклом з центральними приймачами.

Крім потреб в порівняно великих площах, створення СЕС пов'язано, хоча це може здатися на перший погляд дивним, з досить небезпечним забрудненням водного та частини повітряного басейну, яке може відбуватися в процесі виготовлення гідроелементів. Для теплових СЕС використовують великі поверхні дзеркал, що виготовляються з застосуванням сполук ртуті. У виробництві фотоперетворювачів використовують сполуки миш'яку, селену, сурми, кадмію та інших токсичних хімічних елементів. Для вилучення їх з цих стічних вод і викидів в атмосферу застосовуються досить складні та дорогі методи очищення.

Вітроенергетика. Практичне використання самих різних джерел енергії вітру отримало в багатьох країнах широке розповсюдження. В США експлуатується декілька десятків тисяч вітроенергоагрегатів. Істотними встановленими потужностями володіють держави Західної Європи: Великобританія – близько 500 МВт, Германія – 100 МВт, Данія – більше 100 МВт, Нідерланди – 140 МВт, Швеція – 10 МВТ та т.п.

Досвід експлуатації вітроенергостанцій (ВЕС) показав, що економічно використовувати станції потужністю від 100 до 350 кВт.

Основні фактори впливу вітроенергетики на навколишнє природне середовище – це блокування земельних територій, шумові ефекти, висока металоємність вітроустановок, загибель птахів під ударами пропелерів. Максимальна потужність, яка може бути отримана з 1 км² площі, коливається в широких межах в залежності від району розміщення, типу та технологічних особливостей конструкції станції. Середнє значення складає 10 МВт/км². Шумовий ефект в безпосередній близькості ВЕС в залежності від її потужності може досягнути 50-80 дБ. Гранична витривалість людського вуха, прийнята на ґрунті больових відчуттів, рівна 180 дБ. Особливо високі шумові впливи виникають при експлуатації установок потужністю більш ніж 250 кВт, коли на кінцях лопаток вітроколіс більшого діаметру швидкості потоку повітря досягають надзвукових. При цьому виникає інфразвуковий ефект, який негативно впливає на людину та на інші біологічні суб’єкти.

Істотну роль відіграє показник витрат металу на одиницю потужності. В залежності від рівня потужності цей показник для ВЕС орієнтовано змінюється в діапазоні 50-70 кг/кВт. В даний час існує тенденція заміни елементів металевих конструкцій, в першу чергу лопаті вітроколіс, на склопластикові. Тобто, необхідний екологічний аналіз наслідків хімічних виробництв, які пов’язані з створенням цих конструкційних матеріалів.

Геотермальна енергія. Використання енергії високопотенційних геотермальних джерел здавна приваблювало людину. В даний час склалися такі розподіли встановлених потужностей геотермальних теплоелектростанцій (Гео ТЕС) в індустріально розвинутих державах світу: 70%-в США; 28%-в Італії, Нової Зеландії та Японії; ті, що залишилися 2% приходяться на Грецію, Ісландію, Росію та Францію.

Екологічний вплив Гео ТЕС та геотермальних технологічних установок на навколишнє середовище зводяться: до впливу мінералізованих геотермальних вод та пари; до опущення земної поверхні (інколи значному по розміру), який знаходиться над геотермальним шаром, що розробляється; до підвищеного (в порівнянні з ТЕС рівної потужності) тепловому впливу Гео ТЕС на навколишнє середовище. У складі вод, які виходять на поверхню знаходяться: нітрити, хлориди та сульфати деяких металів; небезпечні хімічні елементи (бір, миш’як); сірководень (нешкідливий – в невеликій кількості, токсичний – з ростом концентрації). При відсутності зворотного накачування в пласт виникає небезпека засолення водних об’єктів та ґрунту в районі використання геотермальних вод та падіння пластового тиску. Зміна тиску в пласті у процесі тривалої експлуатації свердловин впливає на рівень підземних вод в цьому районі та може негативно впливати на роботу артезіанських свердловин та водопостачання.

Енергія біомаси. Особливе значення джерело енергії даного типу має для країн, що розвиваються. В енергобалансі країн Африки вони складають в середньому 60%, Латинської Америки – до30% загального енергоспоживання. Але і індустріально розвинені країни стимулюють розвиток даного напрямку нетрадиційної енергетики. США, Данія і Швеція довели виробництво енергії біомаси до 400 МВт. Значний розвиток отримала переробка біомаси, яка основана на процесах газифікації, піролізу та отримання рідких палив. Наприклад, в Бразилії виробництво етанолу сягає 10 млн. л на рік.

В результаті процесу біологічної ферментації при переробці біомаси в етанол перетворюють побічні продукти, в тому числі промивні води та залишки перегонки. Останні є серйозним джерелом забруднення навколишнього середовища. Їх маса в декілька разів (до 10) перевищує масу продукту, який виробляється, - етилового спирту. Викликають інтерес технології, які дозволяють в процесі очищення цих відходів отримувати речовини, які використовуються в хімічній промисловості, а також в якості добрив.

Утилізація органічних відходів, передусім, має екологічну спрямованість та відіграє більшу роль, ніж енергетичний ефект на основі використання цього виду сировини. Особливо ефективна вона в регіонах з вологим теплим кліматом та в великих містах.

Міні- та мікроГЕС. Встановлено, що на основі цих установок можливе економічно рентабельне виробництво електроенергії на рівні 6,5% істотного потенціалу гідроресурсів.

Дані установки мінімально впливають на навколишнє природне середовище, так як не потребують будівництва греблі, водосховища, берегових споруд. За останні роки досягнуті великі успіхи в цьому напрямку, особливо в Індії та Китаї.