5.5. Экологические проблемы энергетики

Предприятия энергетики оказывают значительное воздействие на окружающую среду. Наибольшую опасность представляют тепловые электростанции (ТЭС) и котельные установки. При сжигании углеродсодержащего топлива (угля, нефти, га­за и др.) неизбежно химическое загрязнение окружающей среды. Наибольшее количество выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду характерно для ТЭС и котельных установок, работающих на твердом топливе, особенно бурых углях (табл. 5.10). На производство 1 кВт•ч электроэнергии расходуется 300-400 г угля, т. е. крупная ТЭС расходует его миллионами тонн в год.

Таблица 5.10. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании

Различных видов топлива на тэс

Загрязнители, г/(кВт•ч)	Виды топлива
	Каменный уголь	Бурый уголь	Мазут	Природный газ
Диоксид серы	6,0	7,7	7,4	0,02
Твердые частицы	1,4	2,4	0,7	0
Оксиды азота	21,0	3,45	2,45	1,9

Газопылевые выбросы ТЭС и котельных установок загрязняют атмосферу углекислым газом, золой, оксидами азота, углерода и серы, тяжелыми металлами, бензопиреном и другими вредными веществами. Не все знают, что уголь обладает небольшой природной радиоактивностью. Так как на ТЭС сжигаются огромные объемы топлива, то ее суммарные радиоактивные выбросы получаются выше, чем у АЭС. Наибольшей радиоактивностью характеризуются угли Кузбасса, Донбасса и Экибастуза. При сжигании таких углей на ТЭС в выбросах возрастает содержание радия-226 и свинца-210, причем свинец в основном накапливается в золе. После сжигания угля концентрация свинца в золе увеличивается в 5-10 раз, а радия – в 3-6 раз.

При сжигании мазута в атмосферный воздух выбрасываются диоксид и оксид углерода, сернистый газ, оксиды азота, сажа, углеводороды, твердые частицы, в состав которых входят оксиды различных химических элементов (табл. 5.11).

Таблица 5.11. Состав золы уноса, образующейся при сжигании мазута на ТЭС

Вещество	Содержание, %	Класс опасности
V2O5	30-36	I
NiO	8-10	I
MoO2	1	II
PbO2	0,5	I
Cr2O3	0,5-1	I
ZnO	0,5-2,5	II
Al2O3	10	IV
Fe2O3	3-10	IV
MgO	1-3	III
SiO2	10	IV

Для рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере на ТЭС строятся дорогостоящие трубы высотой 200-300 м. Поэтому зона влияния выбросов ТЭС на окружающую среду увеличивается и ощущается на больших расстояниях (до 50 км от источника выбросов).

В электроэнергетике на долю углекислого газа приходится около 99,7% от всей массы выброса парниковых газов. Коэффициенты эмиссии при сжигании 1 т у. т. составляют для природного газа – 1,62 т, мазута – 2,28 и угля – 2,76 т СО₂. Выбросы ТЭС вносят существенный вклад в глобальные и локальные последствия загрязнения атмосферы (парниковый эффект, кислотные дожди, озоновые дыры).

Размеры промышленных площадок ТЭС достигают 3-4 км². На этой территории полностью изменяются рельеф местности, характеристики и распределение воздушных течений и поверхностного стока, нарушается почвенный слой, растительный покров, режим грунтовых вод.

Выброс больших количеств теплоты и влаги из градирен вызывает снижение солнечной освещенности, приводит к образованию низкой облачности и туманов, моросящих дождей, инея, гололеда, обледенения дорог и конструкций. В теплый период года в результате испарения с земли конденсата возможно засоление почв.

В технологическом цикле электростанций более 95% воды, необходимой для охлаждения турбин, нагревается на 8-12°С и сбрасывается в водоемы. Крупные ТЭС сбрасывают в водоемы подогретую воду с расходом 250-300 тыс. м³/ч. Для охлаждения турбин угольных ТЭС тратится до 60% энергии, содержащейся в топливе. Необходимость создания водохранилищ-охладителей для мощных электростанций с поверхностью зеркала 20-30 км² приводит к перераспределению стока, изменению режима паводков, разливов, запасов грунтовых вод, условий рыбоводства, существенно изменяет условия существования экосистем.

Сточные воды и ливневые стоки с территории ТЭС загрязняются отходами технологических циклов энергоустановок (нефтепродукты, шлаки, обмывочные воды). Их сброс в водоемы может привести к гибели водных организмов, снизить способность водоема к самоочищению.

Отрицательное влияние на природные условия оказывают золоотвалы – земля исключается из сельскохозяйственного оборота, происходит загрязнение грунтовых и поверхностных вод, атмосферы, нарушается функционирование природных экосистем.

Гидроэлектростанции (ГЭС) на первый взгляд являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. Так считали многие десятилетия. В мире построено и действует много крупных и малых ГЭС, в том числе, как в Беларуси, на равнинной местности. Однако теперь стало ясно, что этим строительством нанесен большой урон и природе и людям.

Во-первых, воздействие ГЭС на окружающую среду связано с необходимостью затопления значительных площадей земель сельскохозяйственного и лесохозяйственного назначения с переселением людей в другие места.

Во-вторых, перегораживая реку, плотина создает непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в верховья рек. Создание плотин на реке изменяет кормовую базу и условия воспроизводства, приводит к гибели рыбы в водозаборах. При этом могут сократиться запасы ценных промысловых рыб, а в некоторых случаях и исчезнуть популяции тех или иных видов. Для предотвращения этих нежелательных последствий в проектах ГЭС необходимо предусматривать специальные мероприятия, в том числе и строительство рыбопропускных и рыбозащитных сооружений.

В-третьих, вода в мелководных водохранилищах интенсивно прогревается солнцем, создавая условия для роста сине-зеленых водорослей, которые гниют, заражая воду и атмосферу. Вода в хранилищах застаивается, ее проточность замедляется, что сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в реке и у реки.

В-четвертых, местное повышение уровня воды влияет на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, к эрозии берегов и оползням.

Кроме того, крупные водохранилища ГЭС могут изменять микроклимат прилегающих территорий. При этом снижаются летние максимумы температуры на 2-3°С и повышаются зимние минимумы на 1-2°С, повышается влажность воздуха. Этот список отрицательных последствий строительства ГЭС на равнинных реках можно продолжить.

Крупные высотные плотины на горных реках также представляют собой источники опасности, особенно в районах с высокой сейсмичностью. В мировой практике известно несколько случаев, когда прорыв таких плотин привел к огромным разрушениям и гибели сотен и тысяч людей.

Как известно, в атомной энергетике развиваются два направления получения энергии путем деления атомных ядер тяжелых элементов (ядерная энергетика) и синтезом ядер легких элементов (термоядерная энергетика). Дей­ствительно, возможности ядерной энергетики впечатляющи: по энергетической ценности 1 000 т угля или 530 т мазута эквивалентны 0,33 кг урана на атомных электростанциях (АЭС) и 45 г дейтерия – на термоядерных реакторах.

С экологической точки зрения, АЭС являются наиболее чистыми среди других ныне действующих энергетических комплексов. Опасность радиоактивных отходов полностью осознается специалистами, поэтому и конструкция, и эксплуатационные нормы атомных электростанций предусматривают надежную изоляцию от окружающей среды, по крайней мере, 99,999% всех получающихся радиоактивных отходов.

В процессе эксплуатации АЭС образуются газообразные, жидкие и твердые радиоактивные отходы. В газовоздушных выбросах АЭС содержится небольшое количество трития, радиоактивных изотопов ксенона, криптона, йода, осколки деления ядер, продукты активации. Объем твердых отходов ежегодно достигает 2 000-3 000 м³. Основным видом твердых отходов является отработанное ядерное топливо (ОЯТ), вследствие необходимости ежегодной замены около трети тепловыделяющих элементов новыми, так как коэффициент использования ядерного топлива составляет менее 3-5%. Остальная его часть поступает в отходы. В жидких и твердых отходах содержатся, как правило, долгоживущие радионуклиды с большим периодом полураспада, представляющие собой опасность для всей биоты. ОЯТ необходимо хранить в специальных хранилищах, которые требуют особого технического обслуживания.

АЭС оказывают сильное тепловое воздействие на окру­жающую среду, особенно на естественные водоемы. Сброс теплоты от АЭС в 1,5-1,8 раза больше, чем от ТЭС, что объясняется разницей в значениях КПД, равной 30-40%. Расход воды на охлаждение мощной АЭС достигает 180 м³/с, причем температура охлаждающей воды, поступающей в водоемы, составляет 40-45°С. Такие те­пловые сбросы могут приводить к изменению теплового режима рек и озер и, как следствие, к гибели отдельных водных организмов.

Продолжительность эксплуатации (расчетный срок службы) АЭС составляет около 60 лет, после этого должен быть произведен демонтаж оборудования, зданий, сооружений, рекультивирована промышленная площадка. Подсчитано, что на эти работы необходимо затратить средства, соизмеримые со стоимостью строительства самой АЭС.

Руководством Беларуси принято решение о строительстве на территории республики современной АЭС с двумя энергоблоками суммарной электрической мощностью 2 400 МВт. Строительство ее может осуществиться за 7-9 лет, а стоимость составит около 9 млрд. долларов. Предполагается запустить в эксплуатацию первый реактор в 2017 г., а второй – к 2018 г. С вводом в эксплуатацию АЭС Беларусь сэкономит более 5 млрд. м³ природного газа в год.

В заключение приведены интегральные экологические показатели работы различных типов электростанций (табл. 5.12).

Таблица 5.12. Сравнительная экологическая характеристика работы