Юрий Новиков - Экология, окружающая среда и человек

Достигнута договоренность о необходимости сотрудничества между Россией и Японией в сфере энергетики, в первую очередь по привлечению японских технологий и кредитных ресурсов на реконструкцию предприятий топливно-энергетического комплекса в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке с целью сокращения выбросов в атмосферу вредных веществ. Ежегодно в России нерационально используется до 30% тепловой и электроэнергии. Экономия может составить до 20 млрд долларов.

В США завершена работа над национальной стратегией в области природоохранных технологий. Согласно этому документу намечается сокращение отходов на 40—50% и снижение на 20—25% материалоемкости единицы валового внутреннего продукта к Дню Земли 2020 г. Предстоит также обеспечить к 2020 г. производство энергии в количестве, достаточном для того, чтобы удовлетворить жизненные потребности населения США, сократив при этом выброс вредных веществ в атмосфере ниже уровня 1995 г.

По суммарным выбросам вредных веществ в атмосферу теплоэнергетика занимает первое место среди отраслей промышленности. Доля предприятий отрасли в выбросах загрязняющих веществ от стационарных источников в субъектах Российской Федерации составляет: 60—70% — в Рязанской, Смоленской и Ростовской областях; 50—60% — в Ивановской, Тверской, Тульской, Амурской областях и Хабаровском крае; 40—50% — в Республике Бурятия, Алтайском крае, Костромской, Новосибирской, Омской, Иркутской областях, в Санкт-Петербурге; 30—40% — в Республике Татарстан, Ленинградской, Псковской, Кировской, Нижегородской, Пензенской, Ульяновской, Челябинской, Камчатской и Магаданской областях.

Если паровой котел — «сердце» электростанции, то вода и водяной пар — ее «кровь». Они циркулируют внутри установок, крутят лопатки турбин. Так вот эту «кровь» удалось сделать супер-критической, в несколько раз увеличив ее температуру и давление. Благодаря этому КПД электростанций существенно вырос. В таких экстремальных условиях обычные металлы выжить не могли. Потребовалось создать принципиально новые, так называемые конструкционные материалы для сверхкритических температур.

Львиная доля электроэнергии вырабатывается в мире на тепловых и атомных станциях, где рабочим телом служит водяной пар. Переход на его сверхкритические параметры (температуру и давление) позволил повысить КПД с 25 до 40%, что дало огромную экономию первичных энергоресурсов — нефти, угля, газа — и в короткий срок многократно повысило энерговооруженность нашей страны. Это стало реальным во многом благодаря основополагающим исследованиям А. Е. Шейндлина теплофизических свойств водяного пара в сверхкритических состояниях. Параллельно с ним многие ученые мира вели разработки в этом направлении, но решение удалось найти отечественному энергетику. Им разработаны не имевшие аналогов в мире методики и экспериментальные установки. Результаты расчетов А. Е. Шейндлина стали основой для строительства электростанций во многих странах. В 1961 г. Шейндлин создал Институт высоких температур, который стал одним из ведущих научных центров РАН.

Международный комитет по присуждению премии «Глобальная энергия» определил трех лауреатов. Премиальный фонд 2004 г. в размере 900 тыс. долларов будет поделен между ними. Премия «За разработку физико-технических основ и создание энергетических реакторов на быстрых нейтронах» присуждена академику РАН Федору Нитенкову и профессору Леонарду Дж. Коху (США). Премии «За фундаментальные исследования теплофизических свойств веществ при предельно высоких температурах для энергетики» удостоен академик РАН Александр Шейндлин.

Теплоэнергетика — крупнейший потребитель пресной воды. В 2002 г. ее было использовано 20,7 млрд м 3воды. Более 50% тепловых электростанций соблюдают нормы предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ в водоемы. Экономия воды за счет оборотных систем составляет 71%.

Большая часть воды расходуется на охлаждение различных агрегатов, в связи с чем тепловые электростанции являются источниками теплового загрязнения, от электростанции непрерывно отходят потоки воды, подогретые обычно до 8—12°С. Крупные ТЭС сбрасывают ее в подогретом состоянии со скоростью 80—90 м/с.

Зона подогрева, образующаяся в месте впадения теплой «реки», представляет собой своеобразный участок водоема, в котором температура максимальна в точке водосбора и уменьшается по мере удаления от нее. У крупных ТЭС она занимает площадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в зонах подогрева образуются полыньи (в северных и средних широтах). В летние месяцы температура воды в них зависит от естественной температуры забираемой воды. Если в водоеме температура воды 20°С, то в зоне подогрева она может достигать 28—32°С.

В результате повышения температур в водоеме и нарушения их естественного гидротермического режима интенсифицируются процессы «цветения» воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются ее физические свойства, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, увеличивается pH, скорость разложения легко окисляющихся веществ, скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается.

Основной составляющей загрязненных стоков становятся минеральные вещества. К минерализованным сточным водам в теплоэнергетике относятся продуктивные воды оборотных систем охлаждения, сточные воды водоподготовительных установок и установок очистки конденсата. Солевые стоки представляют собой смесь солей исходной воды, сконцентированных в 5—10 раз, и солей реагентов, идентичных по составу солям природной воды. Влияние этих стоков на минерализацию поверхностных водоемов незначительно.

Отрасль в больших объемах генерирует отходы. Золоотвалы, проектирующиеся в период отсутствия жестких требований к их гидроизоляции и не имеющие противофильтрационных экранов, становятся крупномасштабными источниками загрязнения подземных вод и почвогрунтов.

Например, в Курганской области под золоотвалом ТЭЦ-2, расположенном в черте города Кургана, занято 250 га, здесь на многие годы скопилось около 20 млн т золы. Золоотвал — источник интенсивного пыления, в результате загрязняются почвы, основные водозаборы Кургана и области, подземные воды.

В будущем еще более возрастет значение централизованного теплоснабжения городов от крупных ТЭЦ; оно позволит ликвидировать множество мелких отопительных котельных, трубы которых нередко дымят на уровне верхних этажей многоэтажных зданий. Около 50% тепла, необходимого городам, выработано на теплоэлектростанциях.