Социально-экономические и экологические проблемы выработки электроэнергии на теплоэлектростанциях

Тарифы на электроэнергию для населения лишь на 40-50% покрывают затраты на ее производство, и в 4,5 раза ниже экономически обоснованного уровня. В тоже время, тариф для промышленности в 2-5 раза превышает себестоимость электроэнергии, компенсируя, таким образом, низкие тарифы для населения (т.н. перекрестное субсидирование).

Цены на уголь для  ТЭС достигли 96,3 долларов за тонну, что практически соответствовует рыночным ценам, которые отражены в украинских экспортных ценах на уголь (FOB АЧБ). По мере продолжения либерализации рынков электроэнергии и угля, активная фаза которых ожидается в следующем году, внутренние цены на уголь будут все больше зависеть от мировых цен.

На данный момент, конъюнктура  мирового рынка энергетического  угля благоприятствует дальнейшему  росту цен, спрос на уголь на мировом  рынке часто превышает предложение.

Основным фактором увеличения производства электроэнергии на ТЭС является рост украинской экономики, что влечет за собой увеличение спроса на электроэнергии со стороны промышленности и населения.

 

4.2. Экологические проблемы ТЭС

Для ТЭС к числу  основных значимых факторов экологического воздействия на окружающую среду относятся:

- выбросы вредных веществ  в атмосферный воздух,

- тепловое воздействие со сбросами в холодный источник.

 

Тепло в окружающую среду  отводится главным образом с  охлаждающей водой конденсаторов  паротурбинных установок, теплообменников вспомогательного оборудования и с дымовыми газами. Напрямую плата за тепловое воздействие в настоящее время не взимается.

Величина отвода тепла  в окружающую среду зависит от мощности ТЭС и связана с показателями тепловой экономичности. Количество отводимой энергии в окружающую среду составляет для конденсационных электростанций от 40 до 70 % всей тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива.

Экологическое воздействие  при отводе тепла в холодный источник определяется с тепловым воздействием на окружающую среду в целом. Тепловое воздействие с охлаждающей водой при прямоточной и прямоточно-оборотной схемах забора и отвода воды ограничивается по локальному допустимому повышению температуры воды в самом источнике водоснабжения: реке, озере, водохранилище. При оборотной схеме с использованием открытых систем градирен тепловое воздействие проявляется в выбросе в атмосферу подогретого и насыщенного паром воздуха. При использовании сухих градирен это воздействие проявляется отводом подогретого воздуха.

Система технического водоснабжения  ТЭС имеет ряд особенностей. Су-щественная часть до 95% всего расхода воды подается на охлаждение конденсаторов  и вспомогательных теплообменников  паротурбинных установок. Использование  воды как природного ресурса на технологические нужды, т.е. безвозвратное потребление, составляет соответственно до 5% суммарной величины подачи воды к оборудованию ТЭС в целом.

Как правило, главный  корпус конденсационной электростанции расположен непосредственно у береговой  линии реки, озера или водохранилища-охладителя. Вода подается на основные устройства отвода тепла в окружающую среду насосными станциями. После нагрева её в конденсаторах и теплообменниках вода сбрасывается в поверхностный источник. При этом данный поток воды подвергается только подогреву. Работа конденсаторов паротурбинных установок при отводе тепла конденсации пара рассчитана на подогрев охлаждающей воды на 8-10 оС. В зависимости от типа схемы водопользования количество отводимого тепла при прямоточной схеме подачи охлаждающей воды для ТЭС будет наименьшей и несколько возрастать при использовании систем с применением градирен.

Как уже неоднократно упоминалось, основными видами органического топлива, используемого на ТЭС, являются газ, нефтетопливо (мазут) и твердое топливо (уголь, сланцы, торф, а также отходы деревообработки и др., - главным образом, уголь).

При сжигании указанных  видов топлива:

·          природного газа – в атмосферу  выбрасываются оксиды азота (NO, NO2), оксиды углерода (СО) и бенз(а)пирен (С20Н12);

·          угля – добавляются оксиды серы (SO2 и SO3), зола, токсичные микроэлементы, а также радиационные составляющие минеральной части;

·          мазута – добавляются оксиды ванадия (V2O5).

При сжигании серосодержащих топлив основная часть серы топлива (97...98 %) окисляется до SO2, а остальные – (2...3 %) – SO3. Поэтому все выбросы оксидов серы от ТЭС при оценке загрязнения атмосферы определяют в виде SO2. При сжигании природного газа, как и мазута, образование оксида углерода легко предотвращается рациональной организацией топочного процесса. Также ничтожно мала концентрация бенз(а)пирена при сжигании природного газа. Таким образом, токсичность уходящих газов при сжигании природного газа определяется практически только содержанием в нем оксидов азота, в отличии от угля и мазута, т.е. природный газ является наиболее экологически чистым органическим топливом. Если учесть, что в технологическом цикле ТЭС, работающей на угле, возникают выбросы в атмосферу пыли, продуктов самовозгорания угля и золы при их складировании, хранении и транспорте, а при работе на мазуте – выбросы углеводородов, экологические преимущества природного газа становятся очевидными.

Также неблагоприятное  воздействие, оказывает хранение и  складирование угля. Наиболее негативно  на окружающую среду влияет хранение угля на открытых складах. Закрытые склады являются более экологически чистыми, однако требуют повышения капитальных затрат.

Также неблагоприятное  воздействие, оказывает хранение и  складирование угля. Наиболее негативно  на окружающую среду влияет хранение угля на открытых складах. Закрытые склады являются более экологически чистыми, однако требуют повышения капитальных затрат.

Воздействие технологических процессов, происходящих на ТЭС, на окружающую среду весьма разнообразно и по уровню распространения носит различный характер:

· локальный (на расстоянии вокруг технологического объекта до нескольких единиц и десятков километров);

· региональный (расстояние воздействия достигает сотен и тысяч километров);

· глобальный (воздействие оценивается  в масштабе полушария или земного  шара).

 

В локальной зоне наблюдаются максимальные приземные концентрации, значения которых  не должны превышать нормативных. Соблюдение нормативов может быть обеспечено:

- выбором соответствующего места расположения технологического объекта;

- мощностью объекта;

- использованием экологически приемлемого оборудования;

- применением эффективных способов очистки вредных выбросов и сбросов;

- рассеиванием в атмосфере остаточных выбросов с помощью источника рассеивания.

 

Региональное  загрязнение определяется условиями:

- фоновых концентраций;

- удельных техногенных нагрузок на окружающую среду;

- трансграничным переносом выбросов.

 

Глобальное  воздействие определяется:

- изменением климата планеты вызванного нарушением радиационного теплового баланса Земли в результате накопления продуктов сгорания органического топлива в атмосфере и усиления парникового эффекта;

- воздействием техногенных процессов на озоновый слой планеты; уменьшением дебита пресной воды; увеличенным водопотреблением на технологические нужды, т.е. загрязнение сбрасываемой воды, ее тепловое и микробиологическое влияние на водоемы; уменьшение площади плодородных почв на планете;

- снижение рыбных запасов, запасов флоры и фауны в целом.

 

При этом по воздействию на среду выделяют:

1. Атмосферу (внешняя газообразная оболочка Земли с постоянно убывающей концентрацией газов до высоты 1100...1400 км)

• потребление кислорода (в основе современных энергообеспечивающих, металлургических, химических, транспортных технологий лежат процессы горения);

•   выброс газов  и твердых частиц, полученных при  горении;

•  тепловое воздействие;

• электромагнитное воздействие;

• ионизация.

2. Литосферу (твердая внешняя оболочка Земли средней условной мощностью 16 км, включающая и почвенный слой вместе с биоценозом)

• потребление ископаемых;

•  выброс на поверхность  почвы твердых частиц и жидких стоков.

3. Гидросферу (прерывиста водная оболочка Земли, включающая поверхностные и подземные воды)

 

• загрязнение жидкими  стоками отходов производства, “кислотных дождей” и т.п.;

• тепловое воздействие  с охлаждающей водой;

4. Биосферу (Без учета человека, так как интересы человека учитываются интересами социума (нижняя часть атмосферы, вся гидросфера и верхняя часть литосферы Земли, населенная живыми существами))

• потребление неископаемых видов энергоносителей (щепа, дрова);

• нарушение биоценозов (биоценоз – это организованная группа популяций растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробиоценоз), живущих во взаимодействии в одних и тех же условиях среды);

• миграции и вымирание животных и растений от различного рода воздействий на них.

        

Рис. 4. Схема взаимодействия ТЭС с окружающей средой

К – котел; Т – турбина; Г –  электрогенератор; Р – регенерации  система; МО – маслоохладители; ТР – трансформаторные подстанции; ЛЭП – линии электропередач.

 

Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась  на угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки  к 6 млрд. т/год). Это тот предел, за которым прогнозируются  такие изменения климата, которые обусловят катастрофические последствия для биосферы.

    ТЭС - существенный  источник подогретых вод, которые  используются  здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки  и  другие  водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие  ему  цепные  природные реакции (размножение  водорослей,  потерю  кислорода,  гибель  гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

Однако, снижать вредные выбросы от таких ТЭС в пределах требуемых норм можно, как за счет внедрения технологических способов при сжигании органических топлив и новых технологий, конструкций, способов сжигания, так и за счет специальных способов очистки газов от загрязнителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Перспективы развития теплоэнергетики в Украине

 

В электроэнергетическом  секторе Украины за трансформационный  период проведен ряд важных рыночных реформ, и хотя не все они обеспечили ожидаемый эффект и не все имели  необходимое продолжение, в конечном итоге был получен такой системно значимый результат, как хозяй­ственное и юридическое отделение разных видов деятельности (генерация, распределение, передача электроэнергии и снабжение ею) из 8 государственных энергетических компаний с традиционным для плановой экономики вертикально интегрированным строением.

В то же время государственная  монополия объективно должна быть сохранена  в сфере диспетчеризации и  управления магистральными электросетями ОЭС Украины. Одним из инструментов создания конкурентных рынков в указанных сегментах отечественной электроэнергетики стала приватизация - вначале в планах разгосударствления этого сектора предполагалось передать в частную собственность 27 дистрибуционных и 4 генерирующие теплоэнергетические компании Украины.

Хотя мировой опыт убедительно доказывает, что разделение энергетических монополий по видам  деятельности и их взвешенное, поэтапное  разгосударствление (исключительно  в сферах, где они целесообразны) - это предпосылка создания энергорынков, ориентированных на конкуренцию. Сфера тепловой генерации - не исключение, во многих экономически развитых странах она эффективно функционирует благодаря масштабному привлечению частного капитала (наиболее экономически мотивированного, инвестиционно способного и ориентированного на укрепление собственных рыночных позиций). Существует ряд проблем в развитии теплоэнергетики.

 Во-первых, насущная  потребность в технико-технологической  реконструкции, обновлении и ремонте  производственных мощностей и  инфраструк­туры украинской теплоэнергетики. Половина из 14 украинских ТЭС были спроектированы свыше полстолетия тому назад и введены в эксплуатацию еще в 60-е годы XX в., а еще 6 ТЭС - в 70-е годы. Устаревшие низкоэффективные технологии, несколько десятилетий эксплуатации, продолжительная работа теплоэнергетического оборудования в маневровых режимах и на топливе, которые не отвечают проектным параметрам, хроническое невыполнение ремонтов в необходимых объемах - все это вплотную приблизило основные производственные фонды отечественной тепловой генерации к критической грани физического и морального износа. По официальным данным Министерства топлива и энергетики Украины, сегодня расчетный ресурс работы (100 тыс. час.) отработали 92% энергоблоков отечественных ТЭС, а границы предельного ресурса (170 тыс. час.) и физического износа (200 тыс. час.) превысили 64% их общего количества. В силу того, что ныне активное участие в энергогенерации принимают лишь 22-28% установленных мощностей украинских ТЭС, определенную их часть (в первую очередь - изношенную) следует законсервировать и подготовить к демонтажу. Очевидно, что и реабилитация мощностей теплоэлектростанций Украины, и потенциальная консервация и демонтаж их определенной части требуют значительных капитальных вложений, по объему не сопоставимых с величиной бюджетного финансирования отрасли, а это актуализирует вопрос привлечения частного капитала для ее развития.