Сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу от ТЭС

Введение

На сегодняшний день вопрос экологии занимает лидирующие позиции, как в мировой политики, так и в политике Российской Федерации. Проблемы утилизации отходов, образования парниковых газов, загрязнение рек крупными промышленными предприятиями все чаще освещаются в СНИ. Проблемы экологии в энергетике, на сегодняшний день для России, так же как и проблемы захоронения отходов образованных в мегалополисах нашей страны, являются глобальными, правительством выделяется не мало средств и ресурсов для решения данных проблем и предотвращения фатальных последствий. Нетрадиционные источники энергии наносят значительно меньший вред окружающей среду. ВЭС и СЭС требуют больших капитальных затрат при строительстве. Так же приток инвестиций должен быть в научную область для усовершенствования, как имеющихся технологий так и для разработки абсолютно новых. В середине прошлого века большие ставки были сделаны на развитие атомной промышленности, всего 33 энергоблока, мощностью более 2300 МВТ, но выбросы парниковых газов от АЭС равносильны выбросам с ТЭС.

2. Теплоэнергетика в России

Теплоэнергетика в настоящий момент ведущее звено мировой энергетики. Переработка нефти обеспечивает 39% от мирового потребления электроэнергии, угля — примерно 27%, газ — до 24% исходя из приведенных цифр, можно сделать вывод, что на долю теплоэнергетики приходиться 90% выработки электроэнергии в мире. Развитие теплоэнергетики в России является важной экономической составляющей политики страны в целом и доминантным условием для комфортной жизнедеятельности людей в разрезе климатических условий страны. Тепловые электростанции составляют кастет Российской энергетики. Широкое применение комбинированного производства, а именно ТЭС, дает возможность на треть покрыть потребности Росси в электроэнергии, а также обеспечить тепловой энергий миллионы потребителей. На данный момент нет масштабного развития энергетики в России, износ фондов составляет примерно 60%, не ведутся работы по модернизации и замене оборудования, как следствие низкий КПД, многочисленнее аварии и утечки. Сейчас в России почти все энергетические объекты работают на газовом топливе и лишь 20-25% используют мазут или уголь в качестве основного топлива. Благодаря этому выброс загрязняющих веществ в атмосферу значительно снизился.
3. Тепловые электрические станции

ТЭС – тепловая электрическая станция, работающая на органическом топливе, вырабатывает как электрическую энергию, так и тепловую.
Тепловая схема ТЭС приведена на рис. 1. Принцип работы ТЭС следующий:
-разогретый воздух (окислитель) и топливо (природный газ, мазут, угольная пыль, торф) одновременно подаются в топку котла;
-тепло от сгорания топлива преобразует воду, поступающую в котел, в пар;
-пар под давлением поступает на паровую турбину, на которой происходит преобразование механической энергии (вращение) в электрическую энергию (генератор).
ТЭС строятся не далеко от потребителей, так как передача тепловой энергии возможна только на расстояние 20-30 км.

Принципиальная схема ТЭС Рис.1.


Обозначения: ПГ- парогенератор, Т – турбина, Г – генератор, К – конденсатор пара, Н – циркуляционный насос.

ТЭС подразделяются по виду выпускаемой энергии на КЭС и ТЭЦ

КЭС – конденсационная электрическая станция производит только электрическую энергию

ТЭЦ – теплоэлектроцентраль вырабатывает электрическую энергию а также в виде воды, пара - тепловую энергию

4. Влияние ТЭС на экологию

Ущерб экологии наносит абсолютно любое производство, ТЭС оказывает влияние на экологию такими факторами как:
Шум (турбина)
Зола от сжигание топлива (угольная ТЭС)
Теплота выбрасываемая а атмосферу с уходящими газами
-Пар с градирни
-Вредные вещества образовавшие в ходе сжигания топлива
На рис. 2 схематически изображено какие вредные, с точки зрения экологии факторы, образуются на ТЭС в ходе производственного процесса.


Схема взаимодействия ТЭС с природой Рис. 2



Обозначения: ЗУ- золоуловитель, ДТ - дымовая труба, ПК – паровой котел,
ПН, ВД, ЦН – насосы, БГ- градирня, К – конденсатор, Г – генератор

5. Выбросы парниковых газов от ТЭС

Парниковые газы отливаются высокой прозрачность в видимом диапазоне, а в дальнем (инфракрасном) диапазоне характеризуются высоким поглощающим эффектом

. На планете Земля парниковыми газами являются водяной пар, метан, озон, углекислый газ. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод что выбросы из градирен ТЭС не так уж и безобидны тонна пара выбрасываемая градирнями, по парниковому эффекту эквивалентна 360 килограммам углекислого газа, каждый выработанный на ТЭС кВт - час электроэнергии приносит в приземный слой атмосферы 3,6 кг водяного пара. Парниковый газ – естественный парниковый газ, на долю которого приходиться 60 % парникового эффекта Земли.
Углекислый газ – вырабатывается не только в процессе сжигания органического топлива на ТЭС, но и в ходе жизнедеятельности, как человека, так и других живых существ, вулканических выбросов. Основными потребителями углекислого газа на планете являются растения, но углекислый газ выделяется так же и во время гниения растений, поэтому изначально биосистема находилась в равновесии. Антропогенная эмиссия увеличивает количество углекислого газа в атмосфере, плохая выводимость которого сейчас дает возможность наблюдать изменение климата в атмосфере.
Метан, попавший в атмосферу, находиться там примерно одно десятилетие. Долгое время считало, что парниковый эффект от метана, примерно в 25 раз больше чем от углекислого газа. По последним экспертным данным парниковый эффект метана в 28 раз больше чем от углекислого газа. Анализ льдов (воздушных пузырьков) проведенный экспертами говорит о том, что сейчас метана в атмосфере максимальное количество (рассматриваемый период последние 400000 лет). Только за последние 250 лет средняя концентрация метана в атмосфере выросла примерно на 150%.
Озон в стратосферном естественном слое необходим, так как защищает Землю и все живое от губительного воздействия солнечной радиации. Тропосферный озон (так называемый озоновый слой) напротив оказывает пагубное воздействие.

6. Сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу от ТЭС
6.1. Водяной пар

Основной парниковый газ – водяной пар, содержание в атмосфере которого составляет около 0,3%. Следующий по значению парниковый газ – диоксид углерода (CO2) с содержанием в атмосфере порядка 0,03%. Содержание остальных парниковых газов в атмосфере не превосходит 3*10-4 %.
Парниковый эффект объясняется наличием в приземном слое атмосферы (части пограничного слоя атмосферы от земной поверхности до высоты в несколько десятков метров) многоатомных газов (паров H2O, CO2, CH4), которые не прозрачны для теплого излучения. Парниковый эффект —повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Водяной пар является самым активным парниковым газом. (Его вклад в суммарный парниковый эффект, достигающий 32 оС, составляет 20,2 оС, против вклада СО2, составляющего 7,2 оС). В наше время парниковый эффект, в среднем до 78% обусловлен парами воды и только на 22% углекислым газом. Вкладом других газов вполне можно пренебречь.
Существенное влияние на функционирование биосферы и климатической системы в целом оказывает цикл водяного пара. Имеется достаточно много моделей влагооборота, являющегося центральной проблемой при моделировании климата и биосферы в широком ее понимании. Но на одну особенность этого цикла следует обратить особое внимание. Антропогенная деятельность человека оказывает огромное влияние и на цикл водяного пара.
Имеющиеся оценки показывают, что к концу 2015 г на бытовые нужды человечеством должно было быть потреблено около 900 км3 воды в год, из которых около 20 % (180 км3) или 0,18 Гт/год попало в атмосферу в виде водяного пара. Около 815 км3 год или 0,81 Гт/год попало в атмосферу из 4100 км3 воды, расходуемой на промышленные цели. Предполагается, что для ирригации потребовалось к указанному времени изъять из стока около 6000 км3 воды. Около 90 % этой воды или 5,4 Гт/год поступило в атмосферу в виде водяного пара. Другими словами, учитывая, что парниковый эффект водяного пара в три с лишним раза больше, чем парниковый эффект СО2, воздействие антропогенной деятельности на круговорот водяного пара и его вклад в парниковый эффект может оказаться вполне сопоставимым с вкладом СО2