Реферат на тему «Экологические проблемы теплоэнергетики»

Введение

Свет в квартире и тёплые батареи зимой большинство людей воспринимают как само собой разумеющееся, не задумываясь о том, откуда берётся эта энергия. В России её основную часть дают тепловые электростанции, которые сжигают природный газ, уголь и мазут: по данным Системного оператора Единой энергетической системы, на них приходится больше половины всей выработки электроэнергии, а теплоэлектроцентрали, кроме того, отапливают большинство крупных городов. Без теплоэнергетики невозможна ни работа промышленности, ни жизнь в стране с долгой холодной зимой.

Платой за это становится серьёзная нагрузка на природу. Над трубами угольных станций поднимаются сернистый газ, оксиды азота и мелкая зола, рядом вырастают золоотвалы площадью в сотни гектаров, а тёплая вода из систем охлаждения меняет жизнь рек и водохранилищ. К этим давно известным проблемам в последние десятилетия добавилась ещё одна, связанная с выбросами углекислого газа и изменением климата. Поэтому экологические проблемы теплоэнергетики обсуждаются сегодня не только экологами, но и экономистами, политиками и самими энергетиками.

Цель реферата — разобраться, как именно тепловые электростанции влияют на воздух, воду и землю и что можно с этим сделать. В первой главе сначала объясняется, как устроена станция и почему так важен вид топлива, а затем по очереди рассматриваются выбросы в атмосферу, тёплые сбросы в водоёмы и золоотвалы. Вторая глава отведена способам защиты, от фильтров на трубах и перевода котлов с угля на газ до парогазовых блоков и использования золы в строительстве. Материалом послужили учебники по тепловым станциям и промышленной экологии, ежегодные государственные доклады Минприроды и оценки Межправительственной группы экспертов по изменению климата.

Глава 1. Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду

1.1 Теплоэнергетика в энергосистеме России

Тепловая электростанция по сути представляет собой большую паровую машину. Топливо сгорает в котле, тепло превращает воду в пар высокого давления, пар вращает турбину, а турбина — генератор. Отработанный пар нужно снова превратить в воду, и для этого его охлаждают в конденсаторе, через который прокачивают воду из реки, пруда-охладителя или градирни. На каждом из этих этапов станция что-то забирает из природы и что-то в неё возвращает, и именно поэтому её влияние на среду так разнообразно.

Российские тепловые станции делятся на два больших типа. Государственные районные электростанции (ГРЭС) вырабатывают только электричество и строятся обычно рядом с угольными месторождениями или крупными газопроводами. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) стоят в городах и отдают потребителям не только электроэнергию, но и горячую воду для отопления, благодаря чему используют тепло топлива заметно полнее. Обратная сторона такой близости к людям в том, что выбросы ТЭЦ оседают прямо над жилыми кварталами.

Многое зависит от того, что именно горит в топке. На европейской территории страны большинство станций переведено на природный газ, а за Уралом, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке, по-прежнему жгут уголь, нередко бурый и очень зольный. Угольный котёл даёт больше золы, больше сернистого газа и больше углекислого газа на каждый киловатт-час, так что самые острые экологические проблемы отрасли собраны в угольных регионах, в Красноярском крае, Кузбассе, Забайкалье.

Жители этих мест знают о проблеме не из учебников. В Красноярске, Абакане, Чите и Улан-Удэ зимой нередко объявляют режим неблагоприятных метеоусловий, который в народе прозвали «чёрным небом»: в безветренную морозную погоду дым ТЭЦ, котельных и печей частного сектора не рассеивается и висит над городом серой пеленой. Вклад крупных станций в такой смог специалисты оценивают по-разному, но то, что угольная энергетика входит в число главных его источников, не оспаривает никто.

1.2 Загрязнение атмосферы

Главная претензия к тепловым станциям связана с воздухом. При сжигании топлива образуются оксиды серы и азота, оксид углерода, мелкодисперсная зола, а при сжигании угля и мазута в выбросы попадают ещё бенз(а)пирен и соединения тяжёлых металлов. Основные загрязнители, их действие и способы борьбы с ними сведены в таблицу 1.

Таблица 1 — Основные загрязнители, поступающие в окружающую среду от тепловых электростанций

Из таблицы видно, что для большинства загрязнителей давно существуют проверенные способы очистки, и вопрос чаще упирается в деньги, чем в технику. Электрофильтр на крупном угольном блоке задерживает больше 99 % золы, но многие станции в России построены ещё в 1950–1970-е годы и оснащены устаревшими золоуловителями. Установки сероочистки, обязательные в Европе и Японии, у нас до сих пор встречаются редко, поскольку стоят они сопоставимо с самим энергоблоком.

Отдельная история связана с кислотными дождями. Сернистый газ и оксиды азота, поднявшись высоко над трубой, могут переноситься ветром на сотни километров, соединяются в атмосфере с водой и выпадают в виде слабых растворов серной и азотной кислот. В 1970–1980-е годы именно так пострадали леса и озёра Скандинавии, загрязнение для которых приходило с электростанций Великобритании и Центральной Европы. После этого была заключена Женевская конвенция 1979 года о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, к которой присоединился и Советский Союз.

С изменением климата связана ещё одна сторона проблемы. Количество углекислого газа, выброшенного при производстве киловатт-часа, сильно зависит от источника энергии, и сравнение, приведённое на рисунке 1, показывает, насколько велика здесь разница. Учитываются не только выбросы при работе станции, но и весь её жизненный цикл, от добычи топлива и строительства до утилизации.

Угольная станция выбрасывает на каждый киловатт-час почти в 1,7 раза больше парниковых газов, чем газовая с парогазовым циклом, и в десятки раз больше, чем атомная, ветровая или гидроэлектростанция. Это объясняет, почему замена угольных блоков газовыми считается одним из самых быстрых способов снизить выбросы, хотя полностью проблему она не решает. Остальные пути, включая повышение КПД и улавливание углекислого газа, рассматриваются во второй главе.

1.3 Загрязнение воды и почвы

Тепловая станция мощностью около 2 тысяч мегаватт пропускает через конденсаторы десятки кубометров воды в секунду, и эта вода возвращается в водоём на несколько градусов теплее. Для рыбы и других обитателей реки такой подогрев не безобиден: в тёплой воде меньше растворённого кислорода, быстрее размножаются сине-зелёные водоросли, а зимой у сбросного канала не замерзает полынья, нарушающая привычный ход жизни водоёма. Градирни, высокие башни, над которыми поднимается белый пар, позволяют часть тепла отдавать воздуху и сократить забор воды.

Угольная энергетика оставляет после себя ещё и горы золы и шлака. В России, по оценкам отраслевых экспертов, в золоотвалах накоплено более полутора миллиардов тонн таких отходов, а используется ежегодно лишь небольшая их доля. Между тем золу можно добавлять в цемент и бетон, использовать при строительстве дорог и рекультивации карьеров, и в ряде европейских стран перерабатывают большую часть золошлаков. Как этот опыт применяется в России и какие ещё технологии позволяют снизить вред от тепловых станций, рассказывается во второй главе реферата.