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	1Д	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.

Еще по теме Воздействие энергетических установок на окружающую среду:

1. 1. Понятие и место оценки воздействия на окружающую среду в механизме экологического права Под оценкой воздействия на окружающую среду (ОВОС) понимается деятельность, направленная на определение характера и степени потенциального воздействия намечаемой деятельности на окружающую среду, ожидаемых экологических и связанных с ними социальных и экономических последствий в процессе и после реализации такого проекта и выработку мер по обеспечению рационального использования природных ресурсов и охра
2. ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
3. 3. Содержание оценки воздействия на окружающую среду
4. 4. Участие общественности в оценке воздействия на окружающую среду
5. 4.2. Плата за негативное воздействие на окружающую среду
6. 2. Принципы и этапы проведения оценки воздействия на окружающую среду
7. Оценка воздействия на окружающую среду
8. ВОЗДЕЙСТВИЕ СВАЛКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
9. Исследование и моделирование воздействия сельскохозяйственногопроизводства на окружающую среду
10. 8. МЕТОД ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА ПРИРОДНУЮ И ОКРУЖАЮЩУЮ ЧЕЛОВЕКА СРЕДУ
11. 9.1.Програмная лекция 9.1. по модулю 9 "Основы неоэколоии" -Оценка воздействия на окружающую среду(ОВОС).
12. XI. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ
13. Модуль 9 "Основы неоэкологии"-Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) Контроль и управление качеством среды