Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) любой страны включает:
- добычу топлива, т.е. производство первичных источников энергии (уголь, нефть, газ, ядерное топливо и др.), их первичную и глубокую переработку (обогащение, сортировка, очистка и т.д.);
- транспортировку топлива к топливоперерабатывающим предприятиям и потребителям;
- преобразование и генерирование энергии (использование первичных и вторичных энергоресурсов для получения тепловой, электрической и других видов энергий);
- распределение и транспортировку (передачу) преобразованной энергии к потребителю;
- потребление преобразованных видов энергии или непосредственное использование топлива в различного типа установках и устройствах;
- вывод из эксплуатации энергетического оборудования и утилизацию отходов.
На всех этапах функционирование современного ТЭК приводит к нарушению экологического равновесия и загрязнению окружающей среды вследствие выбросов теплоты, вредных газов, частиц и пыли в окружающую среду, а также серьезных аварий на предприятиях ядерного топливного цикла.
При оценке экологического воздействия от любого источника энергии следует рассматривать весь технологический цикл, начиная от извлечения ресурсов, транспортировки, обработки, вплоть до снятия установки с эксплуатации.
Загрязнение окружающей среды. Наибольший вклад в загрязнение окружающей среды частицами золы, пыли, аэрозолями NOx и SO2 (до 50 %) вносят ТЭС на буром и каменном угле (табл. В. 1.4), доля которых в мировом производстве электроэнергии продолжает оставаться наибольшей. Исследования угольных ТЭС как мощных антропогенных источников загрязнения природной среды в большинстве случаев ориентированы на наиболее массовые и очевидные загрязнители: SO2, NOx, СО, твердые частицы, полициклические ароматические углеводороды. Между тем, остается недостаточно ясной экологическая роль в этом процессе более чем 50 элементов-примесей, обнаруженных в составе углей. При сжигании углей в атмосферу поступает в среднем не менее 10 % общей массы содержащихся в них Al, Со, Fe, Mn, Na, Se, 30 % - Cr, Си, Ni, V; 50 % - Ag, Cd, Pb, Zn; 100 % - As, Br, Cl, Hg, Sb и Sc. Обычная угольная ТЭС мощностью примерно 600 МВт(эл.) ежегодно выделяет примерно: 11 млн. т С02, около 1 млн. т золы, 500 тыс. т гипса, 16 тыс. т S02, 29 тыс. т N20, 21 тыс. т пульпы, 1000 т пыли.
Радиоактивное загрязнение. Радиоактивность выбросов и сбросов ТЭС определяется радиоактивностью исходного сырья (угля) и особенностями технологии его сжигания. Удельная активность естественных радионуклидов (ЕРН) углей разных месторождений различается в 10^2...10^3 раз и более (например, содержание 238U варьируется в пределах 0,6...3600 Бк/кг при среднем содержании 18...28 Бк/кг).
Особенно опасно повышенное содержание в атмосфере шахт радиоактивных газов -радона и торона. Установлено, что 24 % из 159 обследованных российских шахт значения эффективной дозы облучения отдельных работников достигают установленного нормами радиационной безопасности (НРБ-99) предела 5 мЗв/год. Средняя по отрасли доза облучения подземного персонала близка к 2 мЗв/год, что приводит к увеличению примерно на 15 % общего риска смерти, связанного с добычей угля. На 14 шахтах дозы облучения на отдельных рабочих местах превышают 5 мЗв/год, что по действующему законодательству требует введения режима радиационной безопасности.
При изучении радиационной обстановки вокруг ТЭС, работающих на угле, главным является распространение в атмосферном воздухе ЕРН, выбрасываемых с летучей золой из трубы ТЭС и осаждающихся затем на земной поверхности. Действительно, удельные активности ЕРН в летучей золе превышают их средние значения в почве для 232Th - в 1,5...2,0 раза, для 226Ra и 40К - в 4...5 раз, а для 238U и 210РЬ - в 10...20 раз. Выбросы 222Rn составляют около 60 Бк/МВт(эл.)год. Дозовые нагрузки от ЕРН в районе ТЭС составляют примерно 0,02...0,12 мЗв/год, т.е. больше, чем на АЭС, хотя тоже значительно ниже естественного фона.
Ожидаемые коллективные дозы при различных способах производства электроэнергии, нормированные на 1 ГВт электроэнергии в год, сопоставимы для ТЭС на угле и АЭС (табл. В. 1.5). Дозы от естественных радионуклидов для ТЭС на нефти и природном газе заметно меньше. В целом можно сделать вывод, что дополнительные дозы облучения от ТЭС на органическом топливе весьма малы по сравнению с естественным фоном.
Наиболее серьезными экологическими эффектами теплоэнергетики на органическом топливе являются тепловое загрязнение, нарушения естественных экологических циклов оксидов серы и азота, изменение экологического баланса диоксида углерода в биосфере.
Опасность изменения климата планеты из-за увеличения эмиссии парниковых газов (диоксид углерода СО2; метан СН4; закись азота N2O; гидрофторуглероды (ГФУ); перфтор-углероды (ПФУ); гексафторид серы SF6) хотя и не может считаться объективно доказанной, все же достаточно серьезна, чтобы заблаговременно рассмотреть меры по ее предотвращению. За последние 100 лет среднегодовая температура у поверхности Земли увеличилась на 0,3...0,5°С. Известно, что экосистемы могут адаптироваться к изменению температуры на 0,1°С за 10 лет. Если же за этот период температура повысится более чем на 0,2 °С, то в природе могут появиться аномалии, вызванные потеплением.
По мнению многих специалистов, если не принять меры, то к концу следующего столетия потепление может составить 2,5.. .4 °С (по другим данным, 3...5°С), что может вызвать подъем уровня моря примерно на 50 см. Это было бы беспрецедентным в истории Земли темпом климатических изменений: глобальное потепление с пика ледникового периода (18 тыс. лет тому назад) по настоящее время составило только 5 °С. К числу других последствий роста концентрации парниковых газов в атмосфере можно отнести изменение количества осадков, влажности почв, направлений и силы доминирующих ветров, уровня океана, состояния тундры, снежного и ледового покровов.
В эмиссии парниковых газов энергетикой доминирует (80 %) диоксид углерода. Вклад энергетики в эмиссию парниковых газов составляет 50 %, остальное приходится на химическую промышленность (20 %), сельское хозяйство и сведение тропических лесов (по 15 %). Согласно прогнозам, эмиссия диоксида углерода будет увеличиваться на 1,8%/год в период 2000-2030 гг.
Одним из вариантов решения проблемы парниковых газов является замена обычного ископаемого топлива безуглеродными видами топлива. К ним следует отнести прежде всего возобновляемые источники и ядерную энергию.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) удовлетворяют свыше 20 % основных мировых потребностей в энергии для производства электричества. В настоящее время основной вклад ВИЭ в поставку электроэнергии обеспечивают гидроэлектростанции (ГЭС). Доля гидроэнергетики в мировом производстве электроэнергии составляет примерно 18,5 %, в странах Европейского Союза (ЕС) - 19 %, а в отдельных странах (Швейцария, Австрия, Норвегия, Исландия) превышает 50 %.
Доля других ВИЭ (энергия биомассы, отходов, солнца, ветра) в производстве электроэнергии пока невелика (около 1,3 % в странах ЕС). Лидером в применении новых ВИЭ является Финляндия, где доля энергии биомассы в производстве электроэнергии составляет примерно 10%. В Люксембурге доля энергии, получаемой из отходов, достигает около 8 %; Исландия использует геотермальную энергию (5 %), Дания - энергию ветра (3 %). В дальнейшем предполагается их значительный рост, а темпы развития новых ВИЭ превышают темпы развития любого другого способа производства электроэнергии.
Техногенные воздействия. Анализ данных по техногенному воздействию различных отраслей промышленности позволяет сделать вывод: потери жизни и здоровья населения и персонала, связанные со специфичными факторами ядерных технологий - ядерным и радиационным риском, - малы в сравнении с потерями в любой производственной сфере (табл. В. 1.6; В. 1.7).
