Оглавление:
Использование воды из естественных
водоёмов вкачестве охладителя_________________3 TOC o «1-3»
Последствиятеплового загрязнения
естественныхводоёмов_________________________4
Технологические пути решения
проблемы охлаждения на
электростанциях_______________________________7
Экономический эффективность
природоохранных мероприятий
во избежаниетеплового загрязнения_____________8
Списокиспользованной литературы_____________13
Вода — важнейший минерал на Земле, которыйнельзя заменить никаким другим веществом. Она составляет большую частьлюбых организмов, как растительных, так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела. Вода является средой обитания многихорганизмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищениюатмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачива-ет горные породы и минералыи транспортирует их из одних мест в другие и т.д. Для человека вода имеет важноепроизводственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырьедля получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д.
Проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природныхвод. Это пагубно влияет на здоровьенаселения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также кгибели растительного мира водоёмов. Приэтом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органическихи минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей, опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водногобассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятийи тепловых электростанций в реки и озера.
Использованиеводы из естественных водоёмов вкачестве охладителя.
Наиболее крупные проблемы термального загрязнения связаны с тепловымиэлектростанциями. Выработкаэлектричества с помощью пара неэффективна, поскольку в этом случае используется37-39% энергии, заключённой в угле, и31% ядерной энергии. Несмотря на все недостатки, тепловые электростанции продолжают существовать.
Большая часть энергии топлива, которая не может быть превращена в электричество, теряется в видетепла. Наиболее простым способомизбавления от этого тепла является выброс его в атмосферу. Но более экономичный путь состоит виспользовании в ка-честве охладителя воды с её способностью аккумулироватьогромное количество тепла с незначительным повышением собственной температуры,чтобы затем она сама постепенно отдавалатепло в воздух.
Серьёзной экологической проблемой является то, что обычным способомиспользования воды для поглощения тепла является прямая прокачка преснойозерной или речной воды через охладитель и затем возвращение её в естественныеводоёмы без предварительного охлаждения. Для электростанции мощностью 1000МВт требуется озеро площадью 810 га,глубиной около 8,7 м.
Электростанции могут повышать температуру воды по сравнению с окружающейна 5-15 С. Если температура воды вводоёме составляет 16 С, то температураотработанной на станции воды будет от 22 до 28 С. В летний период она может достигать 30-36 С.
Последствиятеплового загрязнения естественных водоёмов.
Повышение температуры в водоёмах пагубно вли-яет на жизнь водныхорганизмов. В течение длительной эволюциихолоднокровные обитатели водной среды приспособились копределённому интервалу температур. Длякаждого вида существует температурный оптимум, который на определённых стадияхжизненного цикла может несколько изменяться. В определённых пределах эти организмы способны приспосабливаться к жизни при более высоких или более низкихтемпературах. Если организм живет в условиях самых высоких температур присущегоему интервала, он настолько к ним приспосабливается, что гибель его можетнаступать при температурах несколько более высоких, чем для организма,постоянно живущего в условиях более низких температур. Большая часть водных организмов быстрееприспосабливается к жизни в более тёплой воде, нежели в более холодной. Однакоэта способность к адаптации не имеет абсолютных максимальных или минимальных пределов и меняется в зависимости от вида.
Вестественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы идругие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температурыокружающей среды. Но если в результатесброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстроустанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.
Тепловой шок — это крайний результат теплового загрязнения. Результатом сброса в водоёмы нагретых стоковмогут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние напроцессы обмена веществ. Согласно законуВан Хоффа, скорость химической реакцииудваивается с увеличением температуры на каждые 10 С. Посколькутемпература тела холоднокровных организмов регулируется температурой окружающейводной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ урыб и водных беспозвоночных. В своюочередь это повышает их потребность в кислороде. В то же самое в результате повышения температуры воды содержание в ней кислородападает, тогда как потребность в нёмживых организмов возрастает. Возросшаяпотребность в кислороде, его нехваткавызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть. В летнее время
повышение температуры воды всего на несколько градусовможет вызвать 100%-ную гибель рыб ибеспозвоночных, особенно тех, которые обитают у южных границ температурногоинтервала.
Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведениерыб — вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию. Если разрушающая силаэлектростанций превышает способность видов к самовосстановлению, популяцияприходит в упадок.
Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные дляхолодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высокихтемпературах полностью ими вытесняются.
Еслитепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоём органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей,навоза с ферм, бытовых стоков), происходит процесс эвтрофикации, то естьрезкого повышения продуктивности водоёма. Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числемикроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись,они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс ихмассового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблениемкислорода, вплоть до полного егоисчерпания. А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть.
Кромеизменения среды обитания водных организмов электростанции могут оказывать наних и физическое влияние. Солёная вода,использующаяся для охлаждения, оказывает сильное коррозирующее влияние наметаллические поверхности и вызывает высвобождение ионов металлов, особенномеди, в воду. Ракушечные животные накапливаютмедь в таких количествах, что становятся непригодными для использования ихчеловеком.
Всеперечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромныйвред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению
среды обитания человека. Ущербы, образовавшиеся в результате тепловогозагрязнения, можно разделить на: - экономические (потери вследствиеснижения
продуктивности водоёмов, затраты на ликвида-
циюпоследствий от загрязнения);
- социальные (эстетический ущерб от деградации
ландшафтов);
- экологические (необратимые разрушения уни-
кальных экосистем, исчезновение видов, генети-
ческий ущерб).
Технологическиепути решения проблемы охлаждения на электростанциях .
Вместоиспользования в качестве охладителя воды из естественных водоёмов инженерамиразработан метод, позволяющий решить данную проблему без вреда для окружающейсреды. Это метод испарительных или охладительныхбашен. Вместо спуска нагретой воды вреку электростанция перекачивает эту воду в нижнюю часть 90-150-метровойохладительной башни со скошенными стенками. Нагретая вода из труб разбрызгивается на водоуловитель и охлаждается,стекая через ряд пергородок и планок. Температурные и атмосферные различия, созданные нагретой водой, вызываютприток воздуха, который всасывается снизу, проходит между планками и перегородкамии выходит через верхнее отверстие башни. Вода скапливается в бассейне под днищем башни и вновь возвращается в конденсатор. Незначительная часть воды, примерно 2,8-4,0 %, теряется при испарении.
Другимтипом охладительной башни является испаряющая циркуляционная сухаяколонна. В ней используютсявоздушно-охладительные батареи, через которые при помощи естественной тяги илипри помощи механических вентиляторов, приводимых в действие самой станцией,проходят большие объёмы воздуха. Потериводы на испарение в работе такой колонны отсутствуют.
Прииспользовании охладительных башен полностью исключается тепловое загрязнениесреды, но данное природоохранное мероприятие требует определённых материальныхзатрат.
Экономический эффективность
природоохранных мероприятий во избежание
тепловогозагрязнения.
Эффектом от вложения средств в строительство охладительных башенявляется уменьшение не поддающегося количественной оценке экологическогоущерба, а также экономического ущерба от загрязнения окружающей природнойсреды. Очень важную роль играет постройкатаких сооружений в тех районах, где ощущается недостаток воды. В последнее вре-мя количество используемой для промышленногоохлаждения воды значительно возросло и, если не будут внедряться существующие иразрабатываться новые методы охлаждения, ежедневная потребность электростанцийв воде к 2000 г. составит 4750 м .
Эффективность природоохранных мероприятий, в частности, постройкиохладительных башен на электростанциях можно представить в виде отношения :
- уменьшение экономического ущерба в результате
снижения степени загрязнений
- приведённые годовые затраты на осуществление
природоохранных мероприятий
Подсуммарным уменьшением экономического ущерба в результате снижения или полного устранения теплового загрязненияестественных водоёмов подразумевается денежная оценка увеличения продуктивностирыбного хозяйства, уменьшение затрат на ликвидацию последствий загрязнений, вчастности, на очистку водоёмов от избыточной и отмирающей биомассы.
Такжеуменьшением экономического ущерба можно было бы считать уменьшение суммыштрафных санкций, накладываемых государством на предприятия, загрязняющиеокружающую среду. Однако этот аспекточень редко играет решающую роль, поскольку, несмотря на то, чтоприродоохранное законодательство Российской Федерации на данный момент иявляется довольно обширным и разносторонним, на практике оно действует недостаточноэффективно. Причин этому много, но однойиз важнейших является несоответствие тяжести наказания тяжести преступления, вчастности низкие ставки взимаемых штрафов.
Уголовная ответственность и возмещение нанесённогоущерба применяются очень редко. Да и невозможно этот ущерб полностью возместить,так как часто он достигает огромныхразмеров или вообще не поддаётся денежному измерению.
Рассмотрим другой аспект проблемы проведения природоохранныхмероприятий, то есть приведённые затраты на их осуществление.
Приведённые затраты складываются из текущих затрат на содержаниеприродоохранного оборудования ( электроэнергия для испаряющих колонн,заработная плата обслуживающего персонала и другие) и капитальных затрат настроительство сооружений и покупку природоохранного оборудования. Однако поскольку оборудование и сооруженияфункционируют не один год, то и общую величину капитальных затрат приводят кгодовой размерности с помощью нормативного коэффициента эффективности. Формула приведённых затрат выглядит следующимобразом:
- текущие затраты
- капитальные затраты
- нормативный коэффициент эффективности,
обычно равен 0,12.
Однакотакого рода расчеты довольно сложны в части определения ущерба от загрязненияокружающей среды и величины её предотвращения. Как правило, они используются на уровне регионов или отраслей народногохозяйства.
Природоохранные мероприятия, направленные на устранение тепловогозагрязнения электростанциями, требуют больших средств, например, если на электростанцииустанавливается испаряющая циркуляционная сухая колонна, то приведённые затратына её строительство и содержание будутсоставлять около 30%
стоимости всего оборудования. Особенность проблемы заключается в том, чтовесь энергетический комплекс и, в частности, тепловые электростанции, входит в государственный секторэкономики. Следовательно,
средства на природоохранную деятельность можно получитьтолько из государственного илимуниципального бюджета. Но, к сожалению, затраты на охрану окружающей средыстоят в этих бюджетах отнюдь не первой строкой.
В нашейстране на данный момент все затраты на природоохранную деятельность составляют менее 1%
валового национального продукта. В то время, как сумма ущерба соответствуетприблизительно 8-9 % ВНП.
Междутем на приведённом ниже графике видно, что для достижения экономическогооптимума (то есть наилучшего соотношения затрат и результатов) эти суммы должныбыть равны друг другу, а для достижения экологического оптимума, когда уровеньзагрязнения окружающей среды находится в пределах ПДК (предельно допустимойконцентрации вредных веществ, а в случае теплового загрязнения — предельнодопустимой температуры воды, спускаемой в водоём), затраты должны быть такими,чтобы ущерба не возникало вообще.
Соотношение экологического и экономического оптимумов вложений средств вприродоохранную деятельность.
затраты
3
2
1
0 ПДК 4 концентрация загрязнений
1 — кривая расходов на ликвидацию ущерба от загряз-
нений
2 — кривая затрат на природоохранную деятельность,
то естьна предотвращение ущерба от загрязнений
3 — суммарные затраты
ПДК — точка экологического оптимума
4 — точка экономического оптимума — наименьшие сум-
марныезатраты
В каждыймомент времени общество несёт затраты, складывающиеся из средств, затраченныхна предотвращение загрязнения ( и вызываемого им ущерба) и ликвидациюпоследствий от тех загрязнений, которых не удалось избежать. Чем больше средств вкладывается в природоохраннуюдеятельность ( кривая 2), тем меньше их понадобится для ликвидации ущерба отзагрязнения окружающей среды ( кривая 1 ), и наоборот. При этом общая суммазатрат будет наименьшей при таком уровне загрязнения ( точка 4 ), при которомпервые затраты равны вторым.
На данныймомент в нашей стране сумма ущерба от теплового загрязнения окружающей среды напорядок выше суммы природоохранных затрат. Несмотря на сложности расчетов поопределению величины ущерба от загрязнения естественных водоёмов, можно с уверенностьюсказать, что для снижения этого ущерба необходимо вкладывать не 8-10 млрд. руб. ( в ценах 1990 г. ), а 100-300 млрд. руб. ежегодно, что для нынешней экономики являетсясложной задачей.
Основнымпутём приближения экономического оптимума к экологическому, что сделаетприродоохранную деятельность более выгодной, является уменьшение расходов надоведение воды до нормальной температуры без ухудшения качестватехнологического процесса. Помочь в этомдолжен научно-технический прогресс при условии его экологизации, способствующейразработке новых технологий охлаждения или более дешевых методов и оборудованияпо устранения теплового загрязнения.
Список использованной литературы:
1. Демина Т.А. Экология, природопользование,
охранаокружающей среды. Москва, Аспект пресс,
1995.
2. Смит Роберт Л. Наш дом планета Земля.
Полемические очерки об экологии человека.
Москва, Мысль, 1992.
3. Энергетическое производство с замкнутым
водооборотным циклом. Москва,МИХМ, 1991.