Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается негативное воздействие текстильной промышленности на окружающую природную среду?

2. Каким способом можно производить очистку использованной воды в технологических процессах крашения ткани?

3. Как можно улучшить очистку воды кожевенного производства?

Не следует насиловать природу, ей следует повиноваться.

Эпикур

ГЛАВА 5.

ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ

ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

1. Топливно-энергетический комплекс

и экологическая безопасность экосистем

На поверхность земли от Солнца поступает энергия мощностью (Р_с), равная 1,74∙10¹⁷ ТВт (Т-тера). Солнечная энергия является важным источником возобновляемых видов энергии: ветра, гидроэнергии, продуктов фотосинтеза и т.д. По оценкам специалистов гидромощность рек (падение стока воды с высоты 300 м) соответствует примерно 3∙10¹² ТВт, что равносильно 1 % энергии, получаемой Землей солнечной энергии. Мощность солнечной радиации, падающая на пустыни, соответствует примерно 6,96∙10 ТВт (4 % от Р_с), ветровой энергии – 1,74∙10 ТВт (1 % от Р_с). На протекание в растениях фотосинтеза расходуется в среднем менее 1% достигающей Земли солнечной энергии (Р_ф =1,56610² ТВт). Первобытный человек на свое пропитание затрачивал энергетическую мощность 140 Вт в сутки, в настоящее время эти затраты достигают в среднем 2–3 кВт∙ч. В США потребление электроэнергии на душу населения составляет 12-14 кВт∙ч в сутки, в Западной Европе – 10–12 кВт, в России – 7 кВтч. Следует отметить, что около 75 % населения на земном шаре, в отсталых и развивающихся странах, потребляет в среднем электроэнергии около 0,5 кВтч энергии, а 8 % расходует – 100 Вт электроэнергии на человека в год. За последние 200 лет благодаря использованию дополнительной эмиссионной энергии продуктивность пахотных земель возросла более чем в три раза, а численность населения за этот же период – в пять раз. Это хорошо проиллюстрировано (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Темпы роста и численность населения по группам стран, 1995–2050 гг. (В.В. Рудский [и др.], 2007)

В настоящее время расход электроэнергетической мощности в мире составляет 13,2 ТВт, это на порядок превышает мощность возобновляемых биосферных источников энергии. Затраты энергии при производстве растениеводческой продукции в мире в среднем соответствуют половине калорийности урожая, которая соответствует 0,9∙10¹² Вт. На лов рыбы расходуется энергия, близкая к калорийности выловленной рыбы (3∙10¹² Вт). Потребление энергетических ресурсов невозобновляемых ископаемых дало возможность человечеству в три раза увеличить производство и потребление растительной продукции биосферы.

Анализ производства энергии в мире показывает, что количество энергии (кВтч), приходящейся на одного жителя, растет пропорционально росту населения:

Р = 0,465 ∙ N,

где N – численность населения Земли, млрд чел.

Суммарная же мощность Р_∑ растет пропорционально квадрату роста населения Земли:

Р_∑ = 0,465 ∙ N ².

По оценкам экспертов, к концу ХХI в. мощность теплоэнергетики возрастет до 60 ТВт при населении земли 12 млрд чел., а потребление энергии в год будет соответствовать примерно до 2Q (Q = 2,93 10⁵ млрд кВт∙ч). Учитывая, что человечество в год производит энергию, соответствующей 1% от поступающей на земную поверхность солнечной радиации, но при этом нагрева атмосферы на 1^оС не происходит. Для того чтобы это случилось, необходимо ежегодно производить энергию в количестве примерно равную 36Q. Все оценки показывают, что данный уровень никогда человечеством не будет достигнут.

На сегодняшний день свои энергетические потребности общество удовлетворяет в основном за счет углеродсодержащих видов топлива (каменного угля, нефти, газа, дров, сланцев, торфа) и урана. Мировое потребление энергоносителей с 1973 г. по 1998 г. возросло более чем в 5 раз.

В современном мировом хозяйстве используется свыше 250 разновидностей полезных ископаемых. Строительные камни, руды чёрных и цветных металлов, камни-самоцветы, золото, серебро, нефть, уголь применяются с древних времён. Ежегодно в хозяйственный оборот вовлекаются новые месторождения традиционно полезных ископаемых, а также их разновидности, полезные свойства которых можно использовать с помощью современных технических средств и технологий.

Всеми отраслями общественного хозяйства ежегодно извлекается из недр земли почти 300 млрд т вещества и материалов, сжигается примерно 4,5 млрд т топлива, затрачивается для разных технологий и других потребностей 2 млрд м³ воды и 65 млрд м³ кислорода. Всё это сопровождается расходованием природных ресурсов и массированным загрязнением окружающей природной среды (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Общий вид работы тепловой электрической станции

По данным Л. Э. Хотунцева (2002), в настоящее время энергетические потребности человечество удовлетворяет в основном за счет каменного угля, нефти, газа, сланцев, торфа и урана. Разведанные запасы каменного угля (на 1973 г.) оценивались в 1280 млрд т, нефти – 137 млрд т, 66 % на Среднем Востоке, газа – 142 трлн м³ (40 %) в Восточной Европе и СНГ, 36 % – в России, 32 % – на Среднем Востоке.

Прогнозируемые (неразведанные) запасы нефти на 1993 г. составляли 100–120 млрд т, угля – 3860 млрд т, газа – 400 трлн м³, в том числе в России 236 трлн м³. В 1993 г. добыча нефти составляла 3 млрд т в год (Средний Восток обеспечивал 30 %, СНГ – 13, РФ и США – по 11%), газа – 2 трлн м³ (СНГ – 35 %, РФ – 29 %, США – 25 %). В 2000 г. добыча нефти возросла до 3,5 млрд т. Исходя из этого можно отметить, что при современном уровне добычи нефти и газа их запасы должны бы кончиться после 2050 г. В общем производстве энергии в 1996 г. на долю нефти пришлось 37 %, угля – 28 %, газа – 23 %. Атомные электрические станции производили 11 % энергии, прочие источники энергии обеспечивали 1,0 %. В целом нефть и газ обеспечивают примерно 2/3 потребляемой в мире энергии и являются основой экономики современного общества (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Общий внешний вид проведения работ при добыче нефти

Запасы урана – 235, который используется в качестве топлива для реакторов на тепловых нейтронах, по прогнозам экспертов, могут быть исчерпаны примерно через 100–120 лет. Использование реакторов на быстрых нейтронах позволит применять в качестве топлива уран-238, запасы которого еще достаточно велики (измеряются десятками тысяч Q).

По утверждению Н.И. Иванова, И.М. Фадина [и др.] (2003), энергетические ресурсы принято характеризовать числом лет, в течение которых данного ресурса хватит для производства энергии на современном количественном уровне. Если оценивать количество топлива по всем категориям, то разведанных – возможных и вероятных запасов угля хватит примерно на 600 лет, нефти на 90 лет, природного газа на 50 лет, а урана при применяемых на сегодняшний день реакторов на медленных нейтронах – на 27 лет.

Следует обратить внимание на некоторые особенности использования урана.

● В ближайшие 20–30 лет ядерная энергетика может внести заметный вклад выработке электроэнергии (около 20 %) от общего мирового объема;

● В современных реакторах на медленных (тепловых) нейтронах каждое «сгоревшее» ядро урана – 235 или плутония – 239 должно быть использовано с коэффициентом не ниже 0,7–0,8. С учетом разведанных запасов урана, если ядерная энергетика будет вырабатывать всю потребляемую ныне электроэнергию, то срок исчерпания природного урана увеличится ещё на 60–70 лет. Исходя из вышеизложенного следует, что виды топлива всех категорий будут сожжены примерно за 800 лет. Если же расход будет вестись на уровне энергетики теплового барьера, то все сгорит в течение 80 лет. В действительности производство электроэнергии, видимо, сначала в течение ближайших 75 лет, будет расти до определенного барьера и далее останется на данном уровне, то в этом случае все виды используемого топлива будут истрачены через 130 лет, в первой половине ХХII века. Если доля каждого вида топлива в общем энергобалансе будет пропорциональна запасу, то все они исчерпаются одновременно, каждого вида топлива хватит на 130 лет. При этом уголь должен обеспечивать 70 % энергии, нефть – 11 %, природный газ – 7 %, гидроэнергетика – 5 %, остальные 7% – прочие источники (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Баланс сегодняшнего потребления энергии

Из табл. 5.2 видно, что сроки исчерпаемости энергоносителей разнятся в довольно широких пределах. И полагаться на них в полной мере не совсем разумно.

Важную роль в жизни населения развивающихся и бедных стран играет такой энергоноситель, как дрова. По данным ФАО, в 1998 г. более 2 млрд человек в странах Азии, Африки и Латинской Америки, в том числе и в России (примерно 70% сельского и более 30 % городского населения), для приготовления пищи и обогрева жилища использовали древесину. На эти цели в развивающихся странах расходуется 80 % древесины. Например, в Непале, Гаити, Уганде, Танзании 9/10 энергетических потребностей удовлетворяются за счет древесного топлива, в Нигерии – 82, Судане – 74, Кении – 71, Парагвае – 64, Индонезии и в Никарагуа – 50 %.

Различные оценки показывают, что имеющиеся на Земле ресурсы топлива достаточны для обеспечения потребностей человечества до середины ХХII века. При сжигании топлива реализуется первичная тепловая энергия, которая затем преобразовывается в электрическую энергию с определенным коэффициентом полезного действия (до 44% на тепловых станциях, где сжигается углеродсодержащее топливо, и до 35 % на атомных электрических станциях). Выработка одновременно электрической энергии и горячей воды на теплоэлектростанциях повышает КПД использования энергоресурсов до 80 %. Энергетика является одной из наиболее важных отраслей промышленного производства, в целом определяющая прогресс. Вместе с тем самым серьезным фактором загрязнения природной среды является добыча и использование ископаемых энергоносителей, прежде всего нефти, угля и природного газа, обеспечивающих более 90% мировой потребности в энергии.

Воздействие систем производства, передачи и использования энергии на окружающую среду проявляется в таких процессах и явлениях, как:

1) изъятие территорий для добычи, размещения электрических станций, линий электропередачи и захоронение отходов;

2) загрязнение атмосферы и литосферы продуктами сгорания (выбросы в атмосферу, шлаки, радиоактивные отходы и т.п.);

3) тепловое (термическое) загрязнение – сброс тепловой энергии электростанций в окружающую среду и повышение температуры среды;

4) электромагнитное загрязнение – создание электромагнитных полей, создающих угрозу для человека и биосферы;

5) радиоактивное загрязнение;

6) акустическое загрязнение;

7) затопление полезных территорий (в случае строительства гидроэлектростанций);

8) воздействие на климат;

9) воздействие на флору и фауну;

10) наведенная сейсмичность – возникновение землетрясений при создании при заполнении плотин.

Анализ добычи полезных ископаемых за истекшее ХХ столетие указывает на общую тенденцию прогрессивного роста объёмов их извлечения из недр земли. Если в первой половине ХХ века объёмы мировой добычи ископаемых удваивались через каждые 50 лет, а затем уже через 40 лет, начиная с 50-х годов прошлого века отмечается быстрое наращивание темпов и объёмов добычи, при этом срок удвоения сократился до 14–16 лет. Мировое потребление электроэнергии неуклонно растёт.

В 90-х годах ХХ столетия в России добывалось около 17 % нефти, 25 % газа, 15 % каменного угля, 14 % товарной железной руды от общего мирового объёма. На долю России приходится почти седьмая часть суммарного производства первичных энергоресурсов в мире, в том числе природный газ – 38 %, нефть – 13 %, каменный уголь – 12 %. Как свидетельствуют некоторые источники, каждый миллиард кВт∙ч электроэнергии в мире обходится 220–230 человеческими жизнями. Использование энергии в величинах нефтяного эквивалента возросло с 5 до 8,8 млрд т. По прогнозам Мировой энергетической конференции, спрос на энергию к 2020 г. может увеличиться ещё на 75 %, а это значит, что увеличится добыча энергоресурсов. За последние 20 лет прошлого столетия из недр извлечено 34 % суммарной добычи угля, около половины всей нефти, более половины природного газа и 60 % урановой руды.

Не следует забывать, что богатства недр – полезные ископаемые – относятся к исчерпаемым (невозобновляемым) природным ресурсам и их запасы весьма ограничены.

Доминирующим источником энергии в мире по-прежнему будет ископаемое углеродсодержащее топливо. Разведанные запасы топлива на несколько порядков ниже, чем геологическая их оценка, от суммарного содержания в земной коре. Преобладающая их масса содержится в рассеянных месторождениях горючих сланцев, где концентрация углеводородов ниже 3%, а реальные эксплуатационные запасы в 2–3 раза меньше разведанных (табл. 5.3).

Таблица 5.3. Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов

По экспертным оценкам, доступные запасы нефти и газа примерно на два порядка превышают их современное годовое извлечение, запасы угля – на три порядка. Этих запасов энергоресурсов при современном их использовании должно хватить: подвижной нефти на 60–65 лет, газа – 50–60 лет, каменного угля 380–400 лет (рис. 5.3). Учитывая, что потребление продолжает расти, а значит, реальные показатели лет должны быть заметно меньше. Обычно спрос энергоресурсов зависит от промышленного роста и роста мировых цен на топливо. Как уже ранее отмечалось, разведанного уранового топлива должно хватить примерно на 100–120 лет без увеличения его использования. Общие рудные запасы составляют 20,9 млн т, разведанные – 3,3 млн т, за 50 лет потрачено 1,5 млн т урана.

Исходя из этой ситуации, мировому сообществу необходимо в срочном порядке для своего дальнейшего существования искать новые источники энергообеспечения. Этими источниками могут быть гелиоэнергетика, энергетика геотермальных вод, энергия морских приливов и отливов, ветровая энергетика, биоэнергетика и широкое использование водородной энергетики.

Рис. 5.3. Кузнецкий угольный бассейн. Междуреченский угольный разрез

В настоящее время Российская Федерация располагает 30% мировых запасов топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). В то же время сжигаемые органические энергетические ресурсы являются основными загрязнителями окружающей природной среды. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) выбрасывает в атмосферу 50% вредных веществ от общего их количества, 27% загрязненных сточных вод, 30 % твердых отходов, отнесенных к загрязнителям, и 47% парниковых газов, постоянно циркулирующих в атмосфере (табл. 5.4).

Таблица 5.4. Годовое потребление топлива и выбросов (тыс. т) от тепловой электростанции мощностью 1 млн кВт

Среднесуточная концентрация окислов серы в атмосферном воздухе должна соответствовать согласно стандарту, мг/м³: в России – 0,05, Польше для жилых зон – 0,35, специальных – 0,075, Нидерландах – 0,075 не превышать 50% проб, 0,25 – 98%, США – 0,26, Франции – 0,75, Швеции – 0,25. Даже сам человек в процессе дыхания способствует загрязнению атмосферы диоксидом углерода, парами воздуха и выделяемым теплом и некоторыми экскретными выделениями. Население планеты в течение года поглощает из атмосферы 644736 млрд л кислорода и выделяет почти столько же (559640 млрд л) углекислого газа, ежедневно выдыхает 18 тыс. л воздуха, насыщенного парами воды и содержащего 40% двуокиси углерода. Для города с населением 5 млн чел. можно уже говорить о дополнительном источнике загрязнении углекислым газом объемом 20 млрд л.

Крупным загрязнителем окружающей природной среды считается автомобильный парк. Каждая машина с бензиновым двигателем при прохождении 15 тыс. км потребляет 4350 кг кислорода, выбрасывает – 3250 кг углекислого газа, 530 кг – оксида углерода, 93 кг – углеводородов, 27 кг – оксидов азота и другие вредные вещества. На 1 т переработанного чугуна приходится 4,5 кг пыли, 2,7 кг – окислов серы, 0,015 кг – марганца. При сжигании угля вместе с золой и отходящими газами в окружающую среду поступает некоторых элементов больше, чем их добывается из недр земли: например, магния – в 1,5 раза, молибдена – 3, мышьяка – 7, урана, титана – 10, алюминия, стронция, бериллия, циркония – 100, галлия, германия – 1000, иттрия – в десятки тысяч раз.

Экологическое неблагополучие стало термином социального и экономического развития и реальной угрозой устойчивого развития России. Главное содержание идеи устойчивого развития состоит в необходимости гармонизации отношений человека, общества и природы, что позволит привести к улучшению качества жизни людей и к сохранению биоразнообразия в природе. Среда обитания живого вещества на Земле отвечает на рост экономики глобальным изменением климата, деградацией почв, загрязнением водных ресурсов, сокращением биоразнообразия, так как развитие экономики с нарушением экологических законов меняет условия существования любых организмов (табл. 5.5). Движение общества по пути индустриализации без учета потребностей будущих поколений считается малоперспективным, и поэтому альтернативы устойчивому развитию не существует. Совершенствование системы охраны окружающей среды должно базироваться на научном подходе к решению задач в этой области. Реализация этого решения может быть осуществлена посредством выбора методов и средств контроля, а также разработки методов и устройств по защите от загрязняющих веществ в биосфере.

Таблица 5.5. Биологическое разнообразие в «восьмерке» экологически доминирующих стран (В.В. Рудский [и др.], 2007)

В настоящее время все человечество сжигает ежегодно около 1,5 млрд т угля, 3,2 млрд т нефти и нефтепродуктов, а также природный газ, торф, горючие сланцы и дрова. Все это превращается в углекислый газ, содержание которого в атмосфере возросло с 0,031 в 1956 г. до 0,035 % в 1992 г. и продолжает расти. В табл. 5.6 показаны некоторые показатели по производству, потреблению электроэнергии и выбросы загрязняющих веществ. Рост производства энергии по сравнению с доиндустриальной эпохой составил 12–15%. Фактические объемы и состав выбросов определяются сортом и маркой угля и газа, изменяются по месторождениям и отдельным залежам, а также зависят от технического оснащения электростанций. Существенным фактором, влияющим на объем удельных выбросов, является сернистость угля, нефти и нефтепродуктов. Зольность ископаемых углей варьирует от 4 до 45 % (особенно высока зольность бурых углей), горючих сланцев – до 50 %, торфа – 6–10 %.

Для электростанций, работающих на угле, горючих сланцах и торфе, остро стоит проблема утилизации твердых отходов – шлака и летучей золы. Прогнозируется, что к середине ХХI в. численность населения земного шара возрастет до 12,0 млрд человек, что соответственно приведет к увеличению роста потребления энергоресурсов на 70–75 %. В настоящее время объем потребления на душу населения ископаемой энергии (тонн условного топлива) в некоторых странах составляет: в США, Канаде, Норвегии – около 14 т, Финляндии – 8,9; Франции – 6,4; Российской Федерации –7,0; Исландии – 9; Бангладеш, Мали и Чаде – 0,3–0,4; Мальте – 2,5; Болгарии – 3,8; Японии – 2,5; Польше – 4,0; Португалии – 2,2; Тайланде – 1,8; в Германии и Англии – 6 (А.Д. Потапов, 2000).

Таблица 5.6. Экологически значимые характеристики отдельных стран (в % к мировому уровню) (В.В. Рудский, В.И. Стурман, 2007)

В мировой практике предпринимались попытки измерить темпы изменения достигнутого уровня социального благополучия, или энергопотребления, через показатель социальной ставки предпочтения, который в общем случае определяется следующей формулой:

I = n ∙ g + Z ,

где I – социальная ставка предпочтения во времени;

g – темпы роста реального энергопотребления на душу населения;

Z – личная (частная) ставка предпочтения во времени;

n – процентное снижение дополнительной полезности каждого процента увеличения энергопотребления.

За последние сто лет мировое потребление энергии увеличилось почти в 14 раз (удвоение происходило в среднем через каждые 27 лет). Суммарное потребление первичных энергоресурсов превысило 400 млрд т условного топлива. С 1953 г. по 1972 г. ежегодный прирост энергопотребления был равен 4,5 %, а с 1950 г. по 1985 г. среднее душевое потребление энергоресурсов удвоилось и достигло 68 ГДж в год. Это значит, что мировая энергетика росла вдвое быстрее, чем население планеты. С 1950 г. по 1995 г. потребление электроэнергии на душу населения достигло 2400 кВт∙ч в год.

Динамика роста электроэнергии в мире во второй половине ХХ века:

Год 1950 1970 1980 1990 2000 2005

Производство

эл. энергии млрд кВТ∙ч 950 5000 8250 11800 14500 18138,5

Прирост электроэнергии

(разы) 5,2 1,65 1,40 1,23 1,25 1,25

В начале 90-х годов выбросы диоксида углерода во всем мире оценивались приблизительно в 22 млрд т в год. По данным Мирового энергетического агентства (МЭА) выбросы диоксида углерода к 1997 г. увеличились на 4,8 %, в развивающихся странах рост выбросов составил 32 %. По данным этого же агентства, к 2010 г. выбросы в атмосферу углекислого газа достигли примерно 29 млрд т в год. Увеличение в атмосфере диоксида углерода сопровождается повышением температуры приземной атмосферы. По некоторым данным за прошедшие 100 лет повышение температуры окружающей среды составило +0,8^оС. При неизменной современной антропогенной нагрузке температура будет подниматься на 0,5^оС каждые 10 лет. По выбросу загрязняющих веществ в атмосферу первое место отводится США, предприятия которой «поставляют» до 1350 млн т, на втором месте находятся предприятия Западной Европы, на долю которых приходится примерно 1000 млн т. Промышленность СНГ и Китая выбрасывает этих веществ 700 и 600 млн т в год соответственно. О выбросе парниковых газов в некоторых странах свидетельствуют данные (табл. 5.7).

Таблица 5.7. Количество выбросов парниковых газов различными отраслями промышленности в (1991), %

По причине выбросов в атмосферу загрязняющих веществ под угрозой исчезновения находятся примерно около 11000 видов фауны, а более 800 видов уже являются реликтовыми, происходит это, главным образом, вследствие утраты или деградации мест обитания. Под потенциальной угрозой могут оказаться еще более 5000 видов представителей животного мира, что связано с загрязнением природной среды.

Общемировое производство электроэнергии на 80 % обеспечивается ископаемым топливом (газ, нефть, уголь), 16 % приходится на ядерное топливо и 4% – на альтернативные энергетические источники. За период 1965–1998 гг. мировой выброс углерода в атмосферу удвоился, а ежегодный прирост составлял 2,1 %. По некоторым данным выброс углерода при сгорании тонны разных видов топлива составляет, т: при сжигании угля – 0,733, нефти – 0,586, природного газа – 0,398, в попутном газе – 0,525 кг/м³. В настоящее время вследствие низкого качества среды обитания человека возникает 25 % всех болезней, которые, следовательно, могут быть предотвращены путем улучшения её качества. До 60 % смертей детей в возрасте до 5 лет связано с загрязнением воздуха и низкими температурами в местах проживания.

В суммарной нагрузке на окружающую природную среду «вклад» предприятий теплоэнергетического комплекса составляет: по токсичным газам и золе – 28 %, отчуждение земель – 9,4 %, забор свежей пресной воды – 24,5 %. В процессе хозяйственной деятельности энергетических предприятий образуются промышленные и бытовые отходы всех классов опасности. В составе выбросов газовой промышленности преобладают углеводороды (метан) – 70,6 %, оксид углерода – 21,2 %, оксид азота – 5,3 %, диоксид серы – 2,2 %. Структура и объем выбросов тепловых электрических станций определяется, прежде всего, видом сжигаемого топлива (табл. 5.8).

Таблица 5.8. Выход газов при сжигании топлива [T.Schorder, 1996 г.]

Из табл. 5.8 видно, что природный газ является наиболее щадящим видом топлива для окружающей среды при производстве электроэнергии. Более 24 % общего объема потребляемых углей в настоящее время имеют зольность свыше 40 %, теплоту сгорания ниже 4000 ккал/кг топлива (19,0 %). Около 7 млн т угля имеют содержание соединений серы более 3 %. По данным экспертов к 2010 г. баланс топлива для использования на тепловых электрических станциях станет следующим: доля газа составит 67 %, твердого топлива – 26 %, мазута – 7 %. Добыча угля в период 2001–2005 гг. составила 275–300 млн т, а в 2006 – 2010 гг. – 290–335 млн т. Добыча газа соответственно – 580–600 млрд м³ и 680–700 млрд м³, нефти – около 308–327 и 315–355 млн т. Потребление электрической энергии к 2005 г. возросло до 970–1020 млрд кВт∙ч, в 2006–2010 гг. составили 1050–1180 млрд кВт∙ч. К концу 2005 г. выработка тепловой энергии достигла 1485–1545 млн Гкал.

В суммарном объеме выбросов вредных веществ в атмосферу 50 % приходится на предприятия энергетической отрасли; 12 % – нефтеперерабатывающей; 26 % – на предприятии газовой отрасли; 6,5 % – на угледобывающие предприятия. Количественная оценка воздействия предприятий каждой из отраслей ТЭКа на атмосферу и гидросферу к 2010 г. показана в табл.5.9.

В нефтедобывающей отрасли характерными загрязнителями являются вещества, образующиеся в процессе добычи нефти, %: углеводороды – 48 (суммарного объема выбросов в атмосферу), оксид углерода – 4,0; различные твердые вещества – 4,4. В нефтеперерабатывающей промышленности – диоксид серы 57 %, оксид углерода – 22, углеводороды – 8,0 и оксид азота – 9,0 %.

Таблица 5.9. Загрязнение компонентов биосферы предприятиями топливно-энергетическим комплексом (ТЭР), млн т

Увеличение доли каменного угля в топливном балансе с 29 % (в 1998 г.) до 35 % (к 2015 г.) будет сопровождаться большим объемом различных выбросов, а следовательно, вредных веществ и возрастанием нагрузки на эко- и агроэкосистемы. При сгорании каменного угля на ТЭС вместе с уходящими газами выбрасываются такие газы, как диоксиды серы (42 %), оксиды азота (24 %), а также твердые вещества (28 %). Большое значение для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу имеет повышение коэффициента использования энергетических ресурсов при их потреблении (табл. 5.10).

Таблица 5.10. Структура потребления и потеря первичных топливно-энергетических ресурсов, %

Тепловая электрическая станция является основным компонентом, генерирующим электроэнергетические мощности, и в будущем останется главной составляющей электроэнергетики России, суммарная мощность при этом составит 70 %, 68 % из них будет затрачиваться на производство электрической энергии. Увеличение мощностей тепловых электрических станций к 2005 г. составило 8,7 ГВт, и произошло это повышение главным образом за счет технического перевооружения, создание же новых мощностей ожидается начиная только с 2011 г. Воздействие тепловых электрических станций на окружающую природную среду является наиболее значительным и многообразным. Самым опасным видом воздействия тепловых электрических станций считается загрязнение воздушной среды (с последующим воздействием на растительный и животный мир, почву, воду и человека) дымовыми выбросами оксидов серы и азота, монооксида углерода, твердых частиц и золы, в которой содержатся многие токсичные и канцерогенные соединения и тяжелые металлы (табл. 5.11).

Так, например, в золошлаковом отвале Благовещенском тепло-энергетическом центре (ТЭЦ) содержится 20 т урана, 18 т – тория, 7кг – радия. Это можно наблюдать и на других теплоэлектростанциях, работающих на каменном угле.

Таблица. 5.11. Содержание элементов в зольных отходах Томь-Усинской ГРЭС

Работа тепловых электрических станций сопровождается также тепловым загрязнением и образованием тумана в результате сброса нагретой в конденсаторах турбин воды в водохранилища-охладители или непосредственно в естественные водоемы.

Происходит загрязнение атмосферы, гидросферы и почвы пылью и токсичными веществами от золоотвалов тепловых электрических станций, работающих на твердом топливе, а также отчуждение земель под эти отвалы; загрязнение гидросферы осуществляется сточными водами водоподготовительных химических установок, продувочной и промывочной водой котлов и другими отходами. В среднем при добыче 1 млн т угля нарушается около 10 га земельных угодий: при открытом способе добычи – 20 га, при подземном – 7,5 га. В России при добыче и транспортировке теряется примерно до 12–15 млн т (10 %) нефти в год.

Основными отраслями промышленности в Российской Федерации, которые загрязняют окружающую среду, считаются электроэнергетика, цветная металлургия, нефтедобыча, нефтепереработка, угольная, газовая промышленность и машиностроение.

Энергетика с учетом процессов добычи, переработки и использования топлива принадлежит к числу основных источников загрязнения воздуха (25 % всех выбросов загрязняющих веществ) (табл. 5.12). Основная часть (70 %) электроэнергии в России вырабатывается на тепловых станциях, где используется твердое топливо (уголь). При сжигании угля в атмосферу поступают сернистый и серный ангидриды, фтористые соединения, а также токсичные примеси мышьяка, двуокиси кремния и многие другие вещества. Сточные воды тепловых электрических станций также загрязнены: они содержат ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты. При работе турбин отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от них в водоемы непрерывно поступает поток воды, нагретый до 8–12 и более ^оС, что отрицательно воздействует на водные организмы.

Для того чтобы снизить выбросы вредных веществ в биосферу, теплоэнергетическим комплексом разработаны мероприятия, которые будут способствовать значительному снижению негативного давления на природные ландшафты, что позволит улучшить состояние окружающей природной среды (табл. 5.13; 5.14).

Таблица 5.12. Распределение работников, занятых в производстве с вредными условиями, от общего числа работников (Н.Г.Занько [и др.], 2004)

Таблица 5.13. Доля выбросов загрязняющих веществ различными отраслями промышленности РФ, % от общего выброса

Таблица 5.14. Показатели реализации комплекса природоохранных мероприятий для сохранения качества окружающей среды