Экологические проблемы эксплуатации АЭС


Теплоэнергетика — промышленное получение энергии в результате сжигания топлива (угля, торфа, мазута, газа). Тепловые электростанции дают 25% всех вредных выбросов в атмосферу. В настоящее время наиболее перспективным признано производство электроэнергии совместно с производством тепла. Такой единый цикл может быть в 4—10 раз эффективней, чем традиционные способы получения электроэнергии на ТЭЦ. Известно, что ТЭС и ТЭЦ при прочих равных условиях создают примерно одинаковые нагрузки на окружающую среду. В настоящее время более 800 городов бывшего СССР имеют централизованное теплоснабжение; около 60% тепла, необходимого городам, выработано на теплоэлектростанциях.

Тепловые электростанции России ежегодно выбрасывают в атмосферу 17 млн. т вредных веществ, или четвертую часть их общего поступления в воздушный бассейн страны от стационарных источников. При этом 11 млн. т приходится на разнообразные соединения, представляющие особую опасность для здоровья населения и окружающей человека среды. Сточные воды ТЭЦ и ливневые стоки с их территорий, загрязненные отходами технологических циклов энергоустановок и содержащие ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказывать вредное влияние на качество воды, водные организмы. Это сказывается на видовом составе и численности водных организмов и бактерий и, в конечном счете, может привести к нарушениям процессов самоочищения водоемов от загрязнение и к ухудшению их санитарного состояния. Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушениями их эволюционно достигнутого баланса. Крупные ТЭС и АЭС сбрасывают 80— 90 м3/с подогретой до 8—12оС воды. Зона подогрева у крупных ТЭС занимает площадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в них образуются полыньи (в северных и средних широтах). Летом температура воды зависит от естественной температуры забираемой воды. Если в водоеме температура воды 20оС, то в зоне подогрева она может достигнуть 28—32оС. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, увеличивается рН, скорость разложения легко окисляющихся веществ, скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается. Воздействие теплоэнергетических установок на окружающую среду зависит от вида сжигаемого топлива.

Твердое топливо. Уголь — самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. ТЭС, работающие на твердом топливе, являются наиболее «грязными». Именно они интенсивно выбрасывают в атмосферу продукты сжигания угля и сланцев, содержащих до 50% негорючей массы и вредных примесей. Удельный вес ТЭС в энергобалансе страны составляет 70%. Они потребляют до 25% добываемого твердого топлива и сбрасывают в среду обитания человека более 15 млн. т золы, шлаков и газообразных веществ.

В России зольность угля, поступающего от отдельных поставщиков на ТЭЦ, превышает 79% (в Великобритании она в соответствии с законодательством — 22%, в США — 9%), — увеличение выброса летучей золы в атмосферу продолжается. При обогащении угля средней зольности для обеспечения топливом энергоблока мощностью 1000 МВт ежегодно образуется около 450 тыс. т отходов обогащения. Для их размещения требуется 65 га территории. Кроме того, в процесс обогащения вовлекаются 600 тыс. м3 сточных вод с содержанием около 4 тыс. т загрязняющих веществ. Существующие системы химической очистки дымовых газов от оксидов серы и азота требуют огромных капитальных затрат, эксплуатационных расходов, высокого потребления электроэнергии и металла. Например, оборудование тепловой электростанции установками по нейтрализации только оксидов азота в дымовых газах увеличивает проектную стоимость электростанций на 50% и более. Причем по мере углубления очистки газов затраты резко возрастают. Подземная газификация (превращения угля под землей в «чистое» топливо — содержащее оксид углерода, водорода и метан) позволяет принципиально решить топливно-экологические проблемы. Получаемый в процессе газификации синтез-газ — экологически «чистое» топливо: при его сжигании практически не синтезируются канцерогенные вещества и сажа. Отсутствуют в продуктах сжигания оксиды серы, зола и пыль, тяжелые металлы и радионуклиды, а концентрация оксидов азота значительно ниже, чем при прямом сжигании углей. При подземной газификации сохраняются сельскохозяйственные земли, обычно занимаемые разрезами, шахтами, терриконами пустой породы и золы, повышается коэффициент использования угольных пластов, снижается трудоемкость добычи топлива и степень риска для работающих.

Жидкое топливо. При сжигании жидких топлив (мазутов) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают: сернистый или серный ангидриды, оксиды азота, газообразные и твердые продукты неполного сгорания топлива, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо обладает более «гигиеничными» свойствами и полностью отпадает проблема золоотвалов.

Природный газ. Замена угля, сжигаемого в промышленных печах, газом повышает их производительность, КПД, снижает затраты на обслуживание, улучшает качество конечных продуктов (металла, строительных материалов и др.), резко улучшает экологическую обстановку, особенно крупных городов. По экологическим критериям природный газ является наиболее оптимальным топливом. В продуктах его сгорания отсутствуют зола, копоть и такие канцерогены, как бенз(а)пирен. Более 230 млн. человек в СНГ пользуются газом в быту. При сжигании природного газа единственным существенным загрязнением атмосферы являются оксиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжигании угля.

Территориальная комплексная схема охраны природы (ТерКСОП) - научно обоснованный комплексный план охраны природы обычно крупной территории. ТерКСОП включает нормирование нагрузок на среду по всем видам хозяйственной деятельности (промышленность, транспорт, сельское хозяйство, рекреационная деятельность и др.), выделение проблемных ареалов, установление планировочных ограничений и ограничений в размещении предприятий для сохранения параметров среды и поддержания экологического баланса, предложения о территориальном комплексировании хозяйственных и средозащитных объектов, о разработке новых видов технических средств и технологий, необходимых для решения природоохранных проблем в рассматриваемом регионе, рекомендации по совершенствованию системы управления, данные о результатах экспертизы территориальных и отраслевых разработок, перспективный план (на 10‑15‑25 лет) территориального и отраслевого сочетания мер по охране природы и среды обитания человека. В состав ТерКСОП входит раздел об условиях жизни населения на момент составления этого документа и на весь срок его осуществления.

Техногенез — процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. Заключается в преобразовании участка биосферы, вызываемом совокупностью геохимических процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из природной среды, концентрации и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений.

Технологии ресурсосберегающие - совокупность технологических средств и процессов с минимальным расходом вещества и энергии на всех этапах производственного цикла (от добывающих до сбывающих отраслей) и с наименьшим воздействием на природные экосистемы и человека. Понятие ресурсосбережение включает в себя несколько вариантов экологически позитивной хозяйственной деятельности от непосредственного ресурсосбережения до повторного использования промышленных и бытовых отходов и отработавших свой срок машин, узлов и механизмов. Основой ресурсосбережения является разумное использование (при постоянном сокращении потребления и потерь) энергии и ресурсов, вторичное использование невозобновимых природных ресурсов, недопущение превышения порога экологической устойчивости окружающей среды. При этом для ограничения потерь ресурсов и предотвращения загрязнения необходимо учитывать интенсивность воздействия промышленных и бытовых отходов на окружающую среду на «входе» в нее. Например, значительно проще и дешевле предотвратить попадание токсичного загрязнителя в источник питьевого водоснабжения, чем пытаться очистить уже загрязненную воду. К числу ресурсосберегающих относятся: малоотходная и безотходная технологии.

Малоотходная технология позволяет получать технически достижимый минимум твердых, жидких, газообразных и тепловых отходов и выбросов. Добиться полной энергетической безотходности невозможно даже теоретически, поскольку поток энергии однонаправлен и все ее количество в конечном счете переходит в тепло. В глобальной совокупности энергетическая эффективность технологий, видимо, не может быть выше достигнутой биосферой — около 1% от вовлекаемой (в случае биосферы — приходящей от Солнца) энергии. Для всех конкретных технологических процессов есть расчетный, теоретически достижимый максимум малоотходности, к сожалению пока не рассчитываемый.

Технология безотходная (каскадная) — цепь технологических процессов, где отходы одного производства становятся сырьем для другого (предполагается использование этого сырья без остатка). Каскадная технология, а правильнее — реутилизационное производство, — может приблизить человечество к теоретическому минимуму глобальных антропогенных отходов, равному отходам в биосферных циклах (известняки, угли и др. биогенные породы, практически все вещество стратосферы). Однако и в этом случае технология не станет полностью безотходной. В зарубежных странах процесс возвращения отходов производства и потребления в материальный круговорот (производство — потребление) называют рециклингом. Замена первичного сырья на вторичное имеет значительные экологические преимущества: при производстве стали снижение потребления энергии составляет 47—74%, снижение загрязнения атмосферы — до 80%, снижение водопотребления — на 40% и т. д. Производство алюминия из металлолома требует всего 5% энергозатрат его выплавки из бокситов. Подсчитано, что 1 т чугунного (или стального) лома может сберечь 3,5 т минерального сырья (2 т железной руды, 1 т кокса и 0,5 т известняка).

Утилизация отходов промышленного производства имеет не только экономическое значение — получение ценного вторичного минерального сырья, но и дает возможность ликвидировать источники загрязнения окружающей среды. Только в нашей стране уже скопилось более 1 млрд т золы и шлаков (ежегодно к этой массе добавляется еще 100 млн т). Поэтому в последние годы зола и шлаки ТЭЦ стали использоваться в качестве стройматериалов, а также в кирпичном производстве. В промышленно развитых странах потребляется огромное количество бумаги. Увеличение роли вторичной бумаги может уменьшить вырубку оставшихся лесных массивов. Появился термин — «Экологическая бумага», т. е. производимая на 100% из макулатуры. Ежегодно в городах мира образуется до 500 млн т твердых бытовых отходов из них около 65% захороняется на полигонах и свалках, которые загрязняют окружающую среду различными токсикантами (особенно тяжелыми металлами). Поэтому в ряде стран, в том числе и в России, освоена методика получения биогаза как энергетического сырья.

Блочные ТЭС состоят из отдельных, как правило, однотипных энергетических установок - энергоблоков. В энергоблоке каждый котел подает пар только для своей турбины, из которой он возвращается после конденсации только в свой котел. По блочной схеме строят все мощные ГРЭС и ТЭЦ, которые имеют так называемый промежуточный перегрев пара. Работа котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями обеспечивается по другому: все котлы ТЭС подают пар в один общий паропровод (коллектор) и от него питаются все паровые турбины ТЭС.
Природоохранные технологии на АЭС