<<
>>

Воздействие энергетических установок на окружающую среду

Из сравнительного анализа использования централизованного электроснабжения и системы местного электроснабжения на базе применения дизельных электростанций, установлено, что при удалении на 3000 км от опорных пунктов энергосистемы величина экономического эффекта от применения местных электростанций достигает для североевропейской части — 8,0 руб.

на 1 кВт-ч и севера Сибири — 9,0 руб. на 1 кВт ч (1992) [50].

Рассматривая структуру энергетики России на 1994 г. относительно использования мнни-ТЭЦ (табл. 15), можно отметить, что

Таблица 15

Показатели работы электростанций России ма 1994 год

Наиме нование системы

Мощность установленная, тыс. кВт

Выработка электроэнергии, кВт¦ ч

ТЭЦ ] мини-ТЭЦ

ТЭЦ ] мини-ТЭЦ

Все виды электростанций

174,93 млн кВт

727,41млрд кВт ¦ ч

Всего по России

129911

4128 (3,18)

551373

13233

Центрэнерго

20042

425(2,12%)

77059

1710

Севзапэиерго

5120

320 (6,25%)

17717

797

Волгоэнерго

7580

278 (3,67%)

30514

1081

Южэнерго

8067

118(1,46%)

40417

186

Уралэнерго

26738

1076 (4,04%)

120404

4483

Сибирьэнерго

20476

556 (2,72%)

73931

2213

Востокэнерго

8279

1023 (12,36%)

28062

1574

Ленэнерго

4699

100 (2,13%)

14575

334

Мосэнерго

13426

154 (1,22%)

70585

640

Татэнерго

5851

20 (0,34%)

20720

66

Тюменьэнерго

9700

48 (0,50%)

57393

150

наибольший вклад в энергетику мини-ТЭЦ вносят в системах Вос- токэнерго (12,36%), Севзапэнерго (6,25%), Уралэнерго (4,02), Вол- гоэнерго (3,67%), Сибирьэнерго (2,72%).

Основой энергоснабжения потребителей Севера на большей части территории региона являются малые формы энергоснабжения. Так, для системы Вос- токэнерго и подсистемы — Якутскэнерго основные данные составляют: установленная мощность — 1397 тыс. кВт ч, выработка электроэнергии — 4226 млн кВт ч.

Электроснабжение республики осуществляется от многочисленных разобщенно работающих электростанций. Зона надежного централизованного электроснабжения охватывает крупные добывающие (алмазные и каменноугольные) комплексы и составляет 80%, при этом 40% населения остаются вне централизованного электроснабжения. В районах Крайнего Севера электроснабжение базируется исключительно на автономных мини-ТЭЦ. За три года выработка электроэнергии на дизельных электростанциях и мелких газотурбинных установках возросла в 1,65 раз и на 1990 г. составила 0,67 млн кВт при общей мощности 2,28 млн кВт и мощности ТЭЦ 0,845 млн кВт.

Природно-климатические условия Севера составляют «жесткий фон» для проживания человека. Регион представляет собой систему с низким динамическим потенциалом восстановления и саморегуляции. В таких условиях интенсивная хозяйственная деятельность может привести к негативным изменениям в ландшафте. В связи с этим особое внимание в развитии энергетики Севера необходимо уделять вопросам изучения загрязнения атмосферы.

С точки зрения эколого-аналитического контроля загрязнения окружающей среды особый интерес представляют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в связи с их высокой биологической, в частности, канцерогенной и мутагенной активностью.

Помимо незамещенных ПАУ, существует большое число ПАУ, содержащих различные функциональные группы в кольце или боковой цепи. Так, взаимодействие оксидов азота, содержащихся в воздухе, и вторичных аминов, а также, ди-, полиаминов, например, диметиламинов, приводит к образованию нитрозосоединений, обладающих широким спектром токсического действия.

Модель циркуляции канцерогенных ПАУ в окружающей среде (рис.

47), представленная блок-схемой цикла ПАУ: атмосфера — почва — водоемы, позволяет определить содержание их в различных средах и потоки между ними.

Эмиссия антропогенных ПАУ в природную среду значительно превышает естественный фон, так, в воздухе крупных городов концентрация бенз(а)пирена (индикатора присутствия канцеро-

Рис. 47

Блок-схема цикла канцерогенных ПАУ:

Канцерогенные ПАУ: (fo — поступающие с антропогенными выбросами; lt;]2 — поступающие непосредственно на почву; уз — поступающие в водоем; ^ — образующиеся за счет естественных природных процессов; — образующиеся в водоемах; lt;70 — разрушающиеся за счет биологических превращений.

генных ПАУ) достигает 100 нг/м3, прн фоновой концентрации — 0,2-1,0 нг/м3 (табл. 16). Биологическая активность канцерогенных ПАУ определяется их концентрацией и продолжительностью воздействия, физико-климатическими н погодными условиями. ПАУ отработавших газов ДБС адсорбируются сажей и в этих условиях возможен перенос их на значительные расстояния. Установлено, что кумулятивный эффект действия канцерогенных ПАУ на экосистемы значительно выше кратковременного воздействия суммарной дозы канцерогена.

В то же время большинство ПАУ интенсивно поглощают УФ-излучение и быстро фотоокисляются в атмосфере с образованием хининов и карбонильных соединений, при этом некоторые теряют свою биологическую активность.

Так как ПАУ плохо растворяются в воде, фоновая концентрация их в поверхностных водах районов России не превышает 0,01 нг/м3, средняя концентрация — 0,03 нг/м3. Однако, БП значительно вымывается из атмосферы под действием осадков (табл. 16, [46]). Микрофлора пресных водоемов и донных отложений разрушает до 40% ПАУ, микрофлора почвы также способна разрушать ПАУ, причем наиболее эффективное разложение наблюдается в кислых

Таблица 16

Распределение БП в различных объектах биосферы

Объект биосферы

Промышленный город

Пригород

Зона с источником

Фок*

В атмосферном воздухе, 1(г2 мкг/м3

0,23 ± 0,06

0,14 ± 0,07

0,11 ±0,07

0,023

В атмосферных выпадениях, мкг/м2

1,81 ±0,43

1,12 ± 0,23

0,73 ±0,19

0,04

В травяном покрове, мкг/кг

24,7 ± 2,9

7,5 ± 2,2

2,3 ±0,9

1,1 ±0,15

В почве, мкг/м2

59 ± 15,8

23,3 + 3,5

8,2 ±2,1

2,8 ± 0,4

* Только летом.

Данные по отдельным регионам Литвы.

почвах. В верхнем слое почвы (20 см), который играет основную роль в обмене, накопление ПАУ осуществляется благодаря высокой сорбционной способности органических веществ гумусового горизонта.

Предлагаемая схема распространения канцерогенных ПАУ позволяет комплексно рассмотреть взаимные превращения ПАУ н оксидов азота отработавших газов ДВС и особенности преобразования ПАУ и нитро-ПАУ в атмосфере, а также наиболее полно оценить эффективность мероприятий по снижению токсичности выбросов ДВС.

Оксиды углерода почти не вымываются из атмосферы осадками и не вступают в химические реакции с другими примесями в атмосферных условиях. Их содержание регулируется главным образом условиями переноса и рассеивания.

Оксиды азота во время выпадения осадков при взаимодействии с влагой превращаются частично в азотную кислоту, которая вместе с осадками поступает в почву, поэтому в районах, где часто выпадают осадки, концентрация оксидов азота в воздухе невелика. По этой причине высокое содержание N0 отмечается в южных районах (Средняя Азия). Кроме того, в южных районах с большой интенсивностью солнечной радиации, определяющей фотохимические процессы образования озона, происходит увеличение уровня загрязнения воздуха оксидами азота.

Атмосфера представляет собой систему, обладающую окислительными свойствами, в которой устанавливается динамическое равновесие между N0 и N02, зависящее от интенсивности солнечного излучения, так как в ультрафиолетовой области спектра 290- 400 нм активно поглощается N02. Так, прн концентрации озона (О) в воздухе 100 мкг/м3 (фоновая концентрация озона днем) и 20 мкг/м3 (фоновая концентрация озона ночью), время жизни N0 составляет 8 и 40 минут соответственно. В урбанизированных районах, где велика концентрация О и присутствуют вещества-катализаторы (металлы, углеводороды), концентрация N02 почти всегда больше концентрации N0.

Кроме того, N02 является более устойчивым соединением, чем N0, время жизни N02 в 3-4 раза больше N0 и составляет 2,6 ч (при высоком уровне загрязнения) и 5-10 ч (в незагрязненной атмосфере). Однако в дневное время при максимальной концентрации озона, концентрация N0 больше чем, N03 (непродолжительный период времени, 2-3 ч), а затем концентрация N02 резко увеличивается.

Равновесное состояние между озоном, оксидом и диоксидом азота, характерное для данного уровня солнечного освещения, устанавливается в результате циклических взаимодействий:

и может быть представлено блок-схемой (рис. 48).

С наступлением темноты прекращаются реакции 2, 5, 6, что приводит к быстрому исчезновению оксидов азота в результате продолжающихся реакций 1 и 4.

Образование азотной кислоты осуществляется тремя газофазными реакциями:

(9)

(Ю)

(И)

причем реакция 9 протекает только в дневное время. В дневное время реакции 10 и 11 вносят незначительный вклад в образование кислоты.

В атмосфере, загрязненной примесями органических соединений, возникают азотсодержащие соединения, подобные пероксиацетил- нитрату CH3COO2NO2 (ПАН) — токсичному соединению, плохо выводимому из атмосферы, устойчивому при пониженных температурах.

Оценить изменение концентрации оксидов азота в атмосфере можно, зная константы скоростей протекающих реакций (amp;,). В то же время общую скорость сухого поглощения азотсодержащих частиц можно определить через сопротивление ламинарного слоя. Сопротивление поглощению практически одинаково для оксидов азота и азотной кислоты, поэтому изменение концентрации оксидов азота за счет сухого осаждения qc можно оценивать независимо от их превращений в атмосфере по формуле:

При этом для влажных почв определяющим сопротивлением поглощению становится атмосферное, а в зимнее время наибольшее сопротивление поглощению оказывает сухой снег.

Количество оксидов азота, вымываемое атмосферными осадками qm, концентрация оксидов азота в воздухе подоблачного слоя q и расчетная концентрация оксидов азота в воздухе q0 определяются по формулам 7.53, 7.54, 7.55.

Согласно разработанным моделям (пункт 7.2) проводились исследования образования н распространения вредных веществ для воздушного бассейна северного региона, при этом оценивалась токсичность работы Олекминской дизельной электрической станции (табл. 17). Наибольшая доля электроэнергии вырабатывается дизельной электростанцией города Олекминска, где расположено семь источников выброса, каждый из которых объединяет несколько электрических установок в зависимости от сезонного режима работы. Для получения наиболее полной картины с точки зрения выброса

Таблица 17

Технико-экономические показатели работы Олекминской ДЭС

Наиме нование ДЭС

Мощность ДЭС МВт

Тип дизеля

Количе

ство

дизелей

Мощность

дизеля

кВт

Расход

топлива,

кг/ч

Оле кминекая

дэс

9,00

6ЧН36/45

8

800

186,0

6ЧН1А36/45

1

1000

h 220,0

Токийская ДЭС

0,55

6ЧН25/34

2

315

82,5

Бяеь-

Кюельская ДЭС

0,09

ЯМЗ-238

1

100

42,0

Куду-

Кюельская ДЭС

0,09

ЯМЗ-238

1

100

42,0

Тяньская ДЭС

0,06

ЯМЗ-238

1

100

42,0

вредных веществ рассматривались четыре возможных варианта работы оборудования, а именно: максимально-возможная загрузка с учетом аварийных включений; зимний режим работы; летний режим работы и зимний режим работы с учетом наблюдения максимальной отрицательной температуры. В результате проведенных исследований установлено, что максимальные концентрации СН, СО и сажи значительно ниже ПДК этих веществ, поэтому расчет уровня загрязнения атмосферы этими веществами не проводился (табл. 18).

Максимальная концентрация N0 превышает ПДК для всех источников, например, для источника № 3 — в семь раз, при этом загрязнение атмосферы оценивалось по N0 с учетом суммации вредного действия N0 и оксидов серы. Максимальная величина приземной концентрации N0 определялась при неблагоприятной скорости ветра с учетом среднегодовой повторяемости для данной местности.

Та б л и ца 18

Максимальные концентрации вредных веществ в выбросах ДЭС г. Олекминска

№ источника

Наиме нованне установки

Максимальная концентрация вещества, мг/м3

Режим

работы

НО

SOг

сажа

СО

СН

зима

лето

1

Дизель-

генератор ДГ-72

0,496

0,069

0,034

0,148

0,082

2

2

2

Дизель-

генератор ДГ-99

0,595

0,059

0,029

0,083

0,071

1

3

Дизель-

генератор ДГ-72

0,449

0,088

0,044

0,191

0,105

3

1

4

Дизель-

генератор ДГ-72

0,837

0,116

0,023

0,156

0,139

3

1

5

Энерговагон

ПЭ-6

2,545

0,388

0,001

0,815

0,466

5

3

6

Котел-

подогреватель У-26 ДГ

0,035

0,003

0,070

3

7

Газотурбинная

установка

ПЭС-2500

¦ —

ПДК, мг/м3

0,085

0,5

0,15

4,0

1,0

Величина приземной концентрации N0 на различных расстояниях от источников выброса определялась по средневзвешенной опасной скорости. Установлено, что максимальная концентрация N0 в атмосфере, равная 2,954 мг/м3 будет наблюдаться на расстоянии 332,1 м прн скорости ветра 37,7 м/с (табл. 19).

С учетом известных данных повторяемости направления ветров определено расчетное расстояние от источников, где концентрация N0 выше ПДК, н размер защитной зоны из условия, что концентрация N0 не выше 0,75 ПДК. Согласно ситуационной карте-схеме

( Ns источника Максимальная концентрация Расстояние

наблюдения

Опасная ско- 1 1 рость ветра 1

Средневзвешенная опасная скорость ветра, UMC

с„ X Cv,

25,1 м/с

12,6м/с

37,7 м/с

0,5 м/с

мг/м3 М м/с Су X Су X Су X Су X
1 0,496 247 4,0 2,20 740 1,07 555 1,09 1434 0,39 780
2 0,585 202 3,0 2,43 605 1,03 605 2,40 605 0,35 524
3 0,449 275 5,7 2,05 824 1,20 330 1,95 824 0,38 1189
4 0,837 245 6,5 2,25 717 1,71 303 2,08 746 0,36 1203
5 2,545 319 42,6 2,69 390 1,07 563 2,95 332 0,11 8908
6 0,035 51 1,55 154 0,77 154 2,02 154 0,03 87
7 0,389 165 36,8 1,90 189 1,16 267 2,16 165 1,16 3991

Та б л и ц а 19

Распространение оксидов азота в атмосфере

размещения электростанции, в зону наблюдения максимальной концентрации N0 по направлению ветра — запад — на расстоянии 850 м попадают жилые застройки города, а в санитарно-защитную зону электростанции попадает значительная часть города (табл. 20).

Таблица 20

Санитарно-защитная зона г. Олекминска

Направление ветров — румб ветра

С

СВ

В

юв

Ю

ЮЗ

3

СЗ

Среднегодовая роза ветров, Р, %

9

20

13

2

2

11

32

11

Р/Ро

0,72

1,6

1,04

0,16

0,16

0,88

2,56

0,88

Размер СЗЗ, м, 1

4461

11265

7322

1127

1127

6196

18024

6196

Расстояние до максимальной концентрации, м, Ьо

239

531

345

53

53

292

850

292

Максимальная концентрация N0 в воздухе жнлых кварталов Олекминска, прилегающих к электростанции, значительно, до 14,89 раза, превышает ПДК. Проведенные исследования подтверждают необходимость реализации мероприятий с целью снижения оксидов азота в атмосфере воздуха Олекминска.

Оценивая влияние энергетических установок с ДВС, в том числе автомобильного транспорта, на загрязнение окружающей среды токсичными веществами, особенно следует выделить их роль в загрязнении атмосферы городов ПАУ, которые относятся к канцерогенным загрязнителям. На фоне других загрязняющих веществ ПАУ присутствуют в достаточно малых концентрациях, но они вносят существенный вклад в канцерогенную и мутагенную активность атмосферного воздуха. Так, среднегодовая концентрация бенз(а)пирена в атмосфере европейской части территории России в 1993 г. составляла 0,05-0,15 нг/м3. Наиболее низкие значения отмечались в Забайкалье, причем максимальное содержание бенз(а)пирена наблюдается в зимнее время (1 нг/м3) [43].

ВОПРОСЫ Сформулируйте понятие ландшафтов. Какие типы ландшафта вы знаете? Приведите примеры охраняемых ландшафтов. Расскажите о ландшафтной индикации загрязнения природных систем. В чем сущность системного подхода при исследовании природио- техногенных систем? Приведите основные закономерности, которые используются при моделировании распространения примеси в пространстве. Какие допущения принимаются при решении уравнения турбулентной диффузии загрязнений? Какие взаимопревращения примеси происходят при ее перемещении? Проиллюстрируйте процессы переноса примеси на примерах.

<< | >>
Источник: Салова Т. Ю., Громова Н. Ю., Шкрабак В. С., Курмашев. Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии. 2004

Еще по теме Воздействие энергетических установок на окружающую среду:

  1. 1.2. Классификация затрат экологического назначения
  2. Экологические преступления
  3. Терминологический словарь
  4. 17.3. Опыт оценки экономического ущерба от загрязнения окружающей среды Республики Беларусь
  5. 3.1. Основные направления, формы и особенности американской политической науки в послевоенный период
  6. Специальные информационные ресурсы.
  7. Интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства
  8. Г л а в а 16 Загрязнение атмосферы
  9. Глава 17 Воздействие на гидросферу
  10. 10.2. Проблемы отходности производства
  11. § 3. ПОСЯГАТЕЛЬСТВА НА ОБЩЕСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ ПО ОХРАНЕ СТАБИЛЬНОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЕЕ ПРИРОДНО-РЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА
  12. Охрана атмосферного воздуха
  13. Теплоэнергетика