X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Энергетика - одна из наиболее перспективных из базовых, жизнеобеспечивающих отраслей современного мирового хозяйства, уровень развития которой во многом определяет экономическую мощь нашей страны и ее геополитическую роль в мировом сообществе.

Энергетика является одним из самых крупных источников загрязнения окружающей среды. Характерная особенность технологии производства тепла и электроэнергии особенно в условиях дальнейшего роста мощностей оборудования – непрерывный сброс огромного количества тепла и вредных веществ в окружающую среду. Около 70% электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях.

Рисунок 1 – Структура производства электроэнергии в мире

Теплоэнергетика остро нуждается в реализации новых идей и технологий. В современных условиях с применением научных разработок последних лет, путем внедрения и освоения новой техники, а также с помощью технического перевооружения электростанции могут выйти на новый уровень экологичности, значительно сократив количество выбросов и тепловое загрязнение.

На данный момент времени в нашей стране больше 60% ТЭС нуждаются в реконструкции оборудования, а также в проведении ряда мероприятий по взаимному обмену опытом с зарубежными учеными в области тепловой энергетики. Необходимо сформировать единый энергетический механизм, на фундаменте которого можно будет планировать электро- и теплопотребление крупных областей.

Самое губительное воздействие на экологию ТЭС оказывают выбросами в атмосферу дымовых газов, сбросами в природные водоемы различных сточных вод и большого количества тепла.

Вид, состав и качество топлива после первичной обработки во многом определяет состав выбросов. Кроме золы от твердого топлива в дымовых газах также содержатся: оксиды серы (SO₂ и SO₃), азота (NO и NO₂), углерода (СО), и ванадия (V₂О₅).

Рисунок 2 – Структура мировых выбросов ТЭС

Проанализировав статистику вредных выбросов за последние несколько лет, основываясь на оценке достижения значений соответствующих индикаторов государственной программы «Охрана окружающей среды» на 2012-2020 годы, можно сделать вывод, что установилась определенная тенденция сокращения объемов выбросов и повышения доли уловленных и обезвреженных веществ. Несмотря на это, теплоэнергетике так и не удалось достичь поставленного результата, что в первую очередь обусловлено отсутствием комплексного подхода к решению проблем экологичности.

Электростанции, использующие низкокачественное или плохо обработанное топливо, которые на данный момент вырабатывают около 50% энергетики страны, помимо выбросов создают проблему с золоотвалами, злободневность которой заключается в постоянном повышении радиоактивности, а также в растущем скоплении тяжёлых металлов.

С тепловыми электростанциями также связаны наиболее крупные проблемы термального загрязнения. Локальные сбросы технических сточных вод, а также выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов приводят к неизбежному повышению температуры природных водоемов.

Существующие санитарные нормы регламентируют изменение температуры водоема, которая не должна повышаться более чем на 3 °С летом и на 5 °С зимой, и диапазон тепловой нагрузки: 12—17 кДж/м3.

Стоит отметить, что для Нижнего Новгорода, стоящего на слиянии двух крупных рек Волги и Оки, это проблема является одной из важнейших, ведь загрязнение водоемов химическими и тепловыми выбросами ставит под угрозу существование всего бассейна. За последнее десятилетие в Нижнем Новгороде были трижды зафиксированы случаи превышения ПДК нефтепродуктов в реке Ока, а также повышения температуры ее вод более чем на 7С^о в зимнее время.

Из-за сильного влияния характера сжигаемого топлива на количество и состав выбросов в атмосферу, акцент внимания экологов в области тепловой энергетики долгое время был смещен на постоянное совершенствование процессов добычи, транспортировки и подготовки топлива. В то время как современные технологии, позволяющие повлиять на экологичность ТЭЦ переоснащением и модернизацией оборудования, зачастую оставались нереализованными. Необходимо изменить экологическую политику, сосредоточив внимание на внедрении инновационных инженерных разработок.

По данным РАО ЕЭС России в энергосистемах наступил период лавинообразного старения оборудования. Вследствие использования устаревших агрегатов затраты на ремонт на отдельных станциях достигают 20% в себестоимости производства электроэнергии. К 2020 году выработает свой ресурс 150 млн. кВт или около 70% мощностей ТЭС. Чтобы поддержать запланированный отпуск тепла и электроэнергии ТЭС придется значительно увеличить расход топлива, что повлечет за собой повышение доли выбросов.

С износом основного оборудования ТЭС, а также с несовершенством конструкции в целом связано постепенное понижение КПД, которое сейчас наблюдается в России и в мире.

Паровые турбины сами по себе не являются привычными загрязнителями, поэтому экологи редко поднимают вопрос об их необходимой модернизации. Тем не менее, стоит отметить, что именно от их эффективности напрямую зависит объем вырабатонного тепла и электроэнергии. Повышение КПД и надежности турбоустановок ведет к усилению экологической безопасности всей ТЭС, а увеличение отпускаемой мощности позволит сократить количество потребляемого топлива на выработку такого же количества энергии.

Одним из способов повышения эффективности паротурбинных турбоустановок является замена электропривода механизмов собственных нужд газотурбинным двигателем. Модернизация привода позволяет увеличить отпускаемую теплоту и мощность по электроэнергии, повысить коэффициент использования тепла топлива ГТД до 70%, а т.к. многие турбоустановки нуждаются в замене, можно говорить об окупаемости инвестиций в долгосрочной перспективе. Данная модернизация позволит сократить тепловое воздействие.

Практически все используемые на построенных в 70-ых годах ТЭЦ котлоагрегаты давно отработали свой паспортный срок эксплуатации, что приводит к избыточному перерасходу газа и неоправданным потерям теплоносителя, нанося ощутимый вред воздушному бассейну.

У котлоагрегатов наблюдаются конструктивные, проектные и эксплуатационные недостатки, для решения которых требуется внедрение пакета инноваций.

Большая часть отказов при эксплуатации котлов происходит из-за повреждений труб конвективной части, вследствие чего целесообразно будет в первую очередь задаться решением именно этой проблемы, т.е. заменить конвективную поверхность нагрева; установить современные малотоксичные газомазутные вихревые горелки повышенной единичной мощности и снизить уровень их размещения; дополнить конструкцию вентилятором с частотным регулированием вращения; обновить систему АСУ ТП.

Обеспечив надежный температурный режим и уменьшив гидравлическое и аэродинамическое сопротивление котла, удастся добиться значительного понижения температуры уходящих газов, что позволит сократить выбросы тепла в атмосферу.

В настоящее время путь развития энергетики определяется поиском комплексного решения проблем данной отрасли и непосредственно связанного с ней водного хозяйства. Выбор вектора совершенствования должен быть основан в первую очередь на минимизации вредного химического и физического воздействия на окружающую среду.

В России тепловые станции являются, и ещё очень долго будут являться основным источником тепла и электрической энергии. Последние разработки теплоэнергетики, прежде всего, должны быть направлены на ускорение развития технического оснащения этой отрасли, необходимость которого экологическими факторами.

Код для цитирования: Скопировать