Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Об’єктами екологічної експертизи є виробництва, технологія яких зумовлює різнопланові викиди, потенційно здатні шкідливо вплинути на навколишнє природне середовище і здоров’я людей (див. рис. 3.1).

Екологічна експертиза енергооб’єктів — це система заходів щодо встановлення відповідності діяльності енергооб’єктів законодавству про охорону навколишнього середовища.

До об’єктів екологічної експертизи належать також проекти законо­давчих та інших нормативно-правових актів, передпроектні і проектні матеріали, документація щодо впровадження нової техніки, технологій, матеріалів, речовин, продукції, реалізація яких може призвести до пору — шення екологічних нормативів, негативного впливу на глобальний, регі­ональний або місцевий стан навколишнього середовища, створення за­грози здоров’ ю людей.

Екологічній експертизі можуть підлягати також ситуації, що склалися або можуть скластися в окремих населених пунктах і регіонах, де діючі об’єкти і комплекси можуть негативно впливати на стан навколишнього природного середовища і здоров’я людей.

Аналізу також підлягають проекти розвитку виробництва, територіаль­них схем енергопостачання, документація на створення, реконструкцію, виробництво й експлуатацію енергообладнання.

Експертизу проводять під час передпланової та передпроектної рекон­струкції енерговиробництва, щоб підвищити ефективність використання устаткування за технічними й екологічними показниками, а також у разі впровадження сучасних досягнень науки, техніки, технологій і заходів в енер гетичних галу зях.

Екологічна експертиза передбачає:

— комплексну еколого-економічну оцінку впливу запланованої або реалізованої діяльності на стан навколишнього природного сере­довища , використання і відтворення природних ресурсів, здоров’я населення, оформлену як окремий том або розділ документації і заява про екологічні наслідки діяльності;

— обґрунтування впровадження сучасних маловитратних і неенерго — ємних, мало — і безвідхідних технологій;

— оцінку ефективності заходів щодо забезпечення комплексної перероб­ки, утилізації та ефективного використання відходів виробництва;

— аналіз заходів щодо економії водних ресурсів, утилізації та ефек­тивної очистки стічних вод;

— перевірку ефективності заходів щодо охорони атмосферного пові­тря від забруднення;

— виявлення методів і засобів забезпечення захисту населення, збе­рігання, охорони та відтворення об’єктів рослинного і тваринного світу від шкідливого впливу антропогених, фізичних, хімічних і біолог ічних фактор ів.

Мета експертизи — виявляти існуючі та запобігати впровадженню неефективних технологій і устаткування, що завдають шкоди навколиш­ньому середовищу і здоров’ю людей.

Основні завдання екологічної експертизи:

— визначення ступеня екологічного ризику від фактичної або за­планованої діяльності на об’єкті з урахуванням можливих нега­тивних наслідків у навколишньому середовищі;

— забезпечення комплексності, наукової обґрунтованої оцінки об’ єктивного стану об’єкта;

— установлення відповідності об’єктів експертизи вимогам екологіч­ного законодавства, санітарних і будівельних норм і правил;

— оцінка ефективності, повноти, обґрунтованості й достатності захо­дів щодо охорони навколишнього природного середовища і здо­р ов’ я людей;

— підготовка об’ єктивних, усебічно обґрунтованих висновків еколо­гічної експертизи.

Експертну оцінку проводить колектив, до складу якого включають фахівців науково-дослідних інститутів, вищих навчальних закладів, висо­кокваліфікованих працівників підприємств, представників державних ор — ганів, громадськості і засобів масової інформації.

Схему екологічної експертизи енергооб’єкта будують на підставі тех­нічних умов (ТУ) і обов’язково проводять послідовно всі стадії, щоб одер — жати потрібну об’єктивну інформацію, а саме:

— визначення типорозмірів і типу основного енергообладнання зада­ної потужності (наприклад, особливості конструкції установки, основні техніко-екологічні показники);

— визначення теплотехнічних характеристик палива і теоретичного складу продуктів згорання;

— оцінку викидів шкідливих речовин (твердих часток, оксидів сірки, оксидів азоту, оксидів вуглецю, оксиду ванадія та ін.);

— оцінку валових і питомих екологічних показників.

Потрібні вихідні дані для проведення експертизи становлять її осно­ву. Якщо треба, можна трансформувати методику експертизи, щоб визна­чити екологічні показники на будь-які теплоенергетичні установки, де перетворюється хімічна енергія палива на теплову та інші види енергії.

Наявність методики екологічної експертизи дозволяє фахівцям роби­ти об’єктивне екологічне прогнозування і варіантні прорахунки різних технологічних процесів енергоперетворювання, одержувати важливий довідковий матеріал у вигляді таблиць і графіків, подальший аналіз якого дає можливість зробити важливі висновки щодо перспектив використан­ня того або того теплоенергетичного устаткування, проводити регіональ­ний екологічний моніторинг.

Екологічна експертиза може бути су б’ єктивною, якщо не враховують всі фактори, які визначають екологічний вплив енергетичного об’єкта на навколишнє середовище, або немає універсальної методики оцінки кри­теріїв екологічної ефективності.

Розглядаючи ТЕС (ТЕЦ) і ПГУ (ГТУ) як головних представників енер — гогалузі, а енергетичний котельний агрегат і камеру згорання як основні джерела шкідливих викидів, можна визначити основні принципи прове­дення екологічної експертизи цих енергооб’єктів:

— максимальний облік усіх видів шкідливих викидів і впливу енер — гооб’єкта на навколишнє середовище;

— застосування системи універсальних питомих екологічних показ­ників із диференціацією їх по групах, що враховують різноманітні чинники, наприклад термодинамічний (ККД установки), паливний (склад палива) і технологічний (особливості конструкції топкових пристроїв і умов їх експлуатації) (докладно див. розд. 7.1);

— використання універсальної методики узагальнення та прогнозу­вання викидів NO* та інших інгредієнтів для різноманітних типів камер згорання ГТУ і ПГУ.

Аналіз сформульованих принципів екологічної експертизи дозволяє установити, що залежно від ступеня впливу термодинамічного, паливно­го і технологічних факторів система показників екологічної ефективності має складатися з трьох груп.

До першої групи належать питомі показники, що залежать тільки від термодинамічного фактора. Така залежність визначається тоді, коли ха­рактеристику впливу відносять до одиниці отриманої енергії (кВт год).

Основним показником цієї групи є теплове забруднення навколиш­нього середовища Ьт з, МДж/(кВт год). До цієї ж групи слід віднести пока­зники відторгнення території Ьвт, м2/(кВт год), використання кисню в зоні розміщення ТЕС на спалювання органічного палива Ьв к, м3/(кВт год), во — допотреби Ьв. п, м3/(кВт год), електромагнітного впливу підстанцій і ліній електропередач, акустичного забруднення тощо.

Загальна особливість показників цієї групи — їх однозначна залеж­ність від ККД (п) енергетичної установки:

Ь = (1 — П)/П. (6.6)

До другої групи показників, що залежать від термодинамічного чин­ника (ККД ТЕС) і виду спаленого палива, належать показники вуглекис­лотного забруднення ЬСО2 і емісії пари води Ьн2О. Методика їх визначення

залежить в ід способу завдання складу вуглеводного палива і розподілу в ньому паливних компонентів.

Для газоподібного палива, що характеризується об’ємним складом пальних газів, показники ЬСО2 і ЬН2О визначають, виходячи з відповідних

стехіометричних рівнянь і теплового балансу установки.

У загальному випадку

Ь = ((р,)/(па, Л (6.7)

де Кі — коефіцієнт, що залежить від мольної частини спалюваного ком­понента в паливі і відповідного мольного стехіометричного коефіцієнта; рі — щільність газового викиду у нормальних умовах; Qnj — теплота зго­рання палива; і — вид забруднення; j — вид палива.

Аналогічні співвідношення можна отримати для рідкого і твердого палива, заданого елементарним масовим складом.

До третьої групи належать показники, що істотно залежать від тех­нології організації топкового процесу й умов експлуатації топкових при­строїв.

Фактори, що впливають, наприклад, на емісію NO* енергетичних кот­лів ТЕС: коефіцієнт надлишку повітря ат, відносне навантаження котель­ного агрегату D/D0, подача надпальникового повітря А5ср і ступінь реци­
ркуляції димових газів r. Одну з можливих форм індивідуальної характе­ристики емісії NO* котельного агрегату конкретного типорозміру можна подати в такому вигляді:

NO* = NO*(норм)«™ (D/Do)m (АНср)кexp[-ar], (6.8)

де показники степенів (n, m, k) і стала а можуть варіюватися зі зміною ти­порозміру котла та умов його експлуатації. Нормована концентрація окси­дів азоту NO*(норм) відповідає концентрації NO* для ат = 1,0; D/D0 = 1,0; АНср = 1,0 і визначається діючими значеннями інших неврахованих факто­рів (кількістю включених пальників, розподілом палива по трактах паль­ника, положенням регістрів пальника, упорскування вологи та ін.).

Для енергооб’єктів, що працюють на основі ГТУ, рівень емісії окси­дів азоту можна прогнозувати на основі узагальненого співвідношення

NO* = k 0( rN2)(rO2)1/2 (п /Т) пТпеР — exp(-Ee// RT3), (6.9)

де NO* — сумарна концентрація оксидів азоту (NO і NO2), зведених до діоксиду азоту (мг/м3); k0 — передекспоненціальний множник, rN2 @ 1 — а — мольна частка азоту в зоні горіння (а — мольна частка окису в окис­нику ); rО2 @ а(вт — 1)/ат — мольна частка кисню в зоні горіння; пк — сту — пінь підвищення тиску в компресорі ГТУ; т = Т3/Т1 — температурний коефіцієнт; хпер = {aQJ[RT2qv(aOTL0 + 1)(Т1/Т2 + 1)]}05 — час перебування в зоні реакції (а — коефіцієнт, що дорівнює 2,2 і має розмірність с); Qn — нижча теплота згорання палива (кДж/кг); qv — об’ємна теплова напруга зони горіння (Вт/м Па); L0 — стехіометричний коефіцієнт (кг/кг); Eef — ефективна енергія активації; R — питома газова стала, Дж/кг К; Т3 — по­чаткова температура робочого процесу в газовій турбіні (максимальна температура в циклі ГТУ), К; Т — температура навколишнього середо­вища, К.

Проведені дослідження показали, що для багатьох систем рівень емісії в димових газах ГТУ основної токсичної компоненти — оксидів азоту NO* — можна визначити за допомогою узагальненого співвідно­шення

Аналіз факторів, що входять у рівняння (6.10), показує, що мольна частка азоту rN2 залишається практично незмінною, а мольна частка кис­ню rО2 буде змінюватися в результаті зміни коефіцієнта надлишку повітря ат, який, у свою чергу, залежить від Т3 та лк = р2/р:

де рк — ККД компресора циклу ГТУ.

Розрахунки за допомогою рівняння (6.10) показують, що зростання Т1 зумовлює суттєве зменшення коефіцієнта надлишку повітря (табл. 6.3),

що створює додаткові труднощі в організації робочого процесу в камері

1/2

згорання, але комплекс (ro2) при цьому змінюється несуттєво

(рис. 6.8, а) і не має вирішального впливу на рівень утворення NO*.

Рис. 6.8. Залежність коефіцієнтів впливу (а) та показників токсичності (б) від t3 для циклу Брайтона (пальник ДСГ, к0 = 1,67• 107, Ef = 5,24-104, n = 0,5)

Вплив комплексу лк/с на емісію NO* залежить від показника степеня n, який може змінюватися від n = 0 (для пальникових систем з попереднім сумішоутворенням) до n = 0,5 (для традиційних пальникових систем). У першому випадку впливу (лк/х) немає, а в другому випадку цей вплив може бути суттєвим і залежить від прийнятих умов термодинамічного аналізу та оптимізації.

Характеристика	Температура t3, °C
800	1200	1500
r = 0	r = 0,75	r = 0	r = 0,75	r = 0	r = 0,75
Оптимальний ступінь під ви — щення тиску, пк	* 11,6 /6,1	4,07	26,3/10,7	6,21	42,5/14,7	7,97
Максимальний внутрішній ККД, Пвтах	0,305/0,227	0,377	0,404/0,364	0,45	0,455/0,410	0,516
Корисна робота Я, МДж/кг	0,135/0,154	0,147	0,269/0,313	0,298	0,382/0,449	0,427
Коефіцієнт надлишку повітря, ат	6,42/5,12	7,34	4,29/3,32	4,5	3,40/2,60	3,45
Концентрація NOx, мг /м3	99,8/47,3	57,5	720,8/452,4	348,5	1829/1026	792
Зведена до ат = 3,5 концен — трація NOx, мг/м3	183/109	120	883/429	449	1776/763	781
Питома емісія NOx, г/(кВт год)	2,1/1,3	1,1	7,5/4,0	3,3	13,3/6,4	5,2

Таблиця 6.3. Термодинамічні та екологічні показники циклу Брайтона (г = 0) і циклу з регенерацією (г = 0,75) залежно від початковоїтемператури (пальник ДСГ)

Так, для оптимальних умов найпоширенішого циклу Брайтона (рис. 6.9) для наближених оцінок можна вважати, що

де пт — ККД тур біни; nmax — максимальний внутрішній ККД циклу Бр айтона.

Як видно з рис. 6.8, у взятому для аналізу діапазоні температур 6 = 800…1800 °С фактор (як/т)0,5 збільшується втричі, що зумовлює не тільки значні труднощі для технічної реалізації підвищення тиску робо­чого тіла в компресорі, але й (з одночасним зростанням Т1) додаткові ви­моги до надійності системи охолодження елементів конструкції камер згорання. Крім того, одночасне зростання Т1 та як зумовлює появу еколо­гічних проблем з приводу зростання емісії NO* (див. рівняння (6.10)).

Зі збільшенням Т1 у результаті зростання якопт (6.12) одночасно зрос­тає температура на вході в камеру згорання

nm -1

T2 = Ti(1 + -*—), (6.12)

Пк

де m = (k — 1)/k. Це позитивно впливає на стабілізацію та повноту горіння, але утворює додаткові труднощі щодо організації надійної системи охо­лодження елементів камери згорання.

Час перебування тпер є функцією від коефіцієнта надлишку повітря От, початкової температури циклу Т1 та питомої теплової напруги qv. Відповідні розрахунки (для пальника ДСГ, якщо qv = 300 Вт/м Па) по­казують, що цей коефіцієнт практично не змінюється в широкому діапа­зоні Т1 та о.

Добуток трьох параметрів впливу — (rN2)(rO2)1/2тпер теж залишається практично незмінним у широкому діапазоні зміни Т3.

Отже, для оптимальних умов роботи циклу Брайтона рівень емісії то­ксичних NO* визначається передусім рівнем початкової температури (за експонентою) Т3, а також рівнем як. У свою чергу, вплив як може бути різним залежно від умов оптимізації (рв g max або Нg max) та значення показника степеня впливу n (який визначається умовами сумішоутворен­ня). Під час оптимізації циклу за максимумом питомої корисної роботи (Н g max) оптимальне значення Як завжди менше за Як. % очніше Як = = якопт(1 — Femax). Очікуване зменшення якН (для Н g max) призводить до суттєвого зменшення емісії NO* порівняно з варіантом оптимізації рв g max (рис. 6.10).

Ще більше впливає на зменшення емісії токсичних NO* регенерація. У цьому разі (див. табл. 6.3) підвищується ККД циклу. Цього досягають при значно меншому Як порівняно з циклом Брайтона і практично од­

наковій корисній роботі.

Для циклу з регенерацією оптимальний степінь підвищення тиску (для рв g max) визначають з співвідношення

опт г, л maxx/p! . ґ max4-.1/2m л

Як = [ТЛкПт(1 — Щв )/(1 + (r — 1)Лв )] . (6.13)

Розрахунки, наведені в табл. 6.3, показують, що при однаковій почат­ковій температурі Т3 оптимальний степінь підвищення тиску в циклі з
регенерацією (при ступені регенерації r = 0,75) порівняно з циклом Брай­тона зменшується суттєво: майже втричі при t3 = 800 0C і в п’ять разів при t3 = 1 500 0С. При цьому відносно збільшується внутрішній ККД (від 13 до 23 %), хоча коефіцієнт надлишку повітря залишається незмінним і де­що зменшується корисна робота.

Слід зазначити, що екологічний аналіз повітря за поточними концентраці­ями NO* не є об’ єктивним у зв’язку з тим, що для різ­них умов термодинамічно­го аналізу змінюється кое­фіцієнт надлишку повітря. Застосування зведеної до однакового ступеня розба­влення продуктів згорання (02 = 15 %, або ат = 3,5) концентрації оксидів азоту NO*35 = (a/3,5)NO* теж не є коректним щодо поєднан­ня термодинамічних та екологічних показників.

Найоб’єктивнішиму цьому разі є застосування пито­мої концентрації, яка ви­значає емісію NO* на оди­ницю виробленої енергії (г/кВт-год):

bNо* =10-3 (3600/1,29) NO*/Н. (6.15)

Як видно з наведених даних (рис. 6.8, 6.10, табл. 6.3), застосування цього показника дозволяє провести об’єктивний термоекологічний аналіз циклів ГТУ та режимів їхроботи.

На підставі вище наведеного аналізу подальшим розвитком енергети­ки України є: по-перше, її модернізація та оновлення на підставі викорис­тання новітніх технологій та обладнання як вітчизняного, так і зарубіж­ного походження з високими енерго-екологічними показниками; по­друге, упровадження систематизованих комплексних заходів відслідко­вування та прогнозування екологічного становища регіонів і країни зага­лом на підставі розроблених державних заходів у вигляді діючої єдиної системи моніторингу викидів.

Така система має враховувати становище енергетичної галузі, потре­бу гармонізації реалізованих технологічних, економічних та державних важелів і практичну реалізацію концепції екологічної оцінки забруднення навколишнього середовища шкідливими викидами енергооб’єктів, що використовують органічне паливо.

Екологічний моніторинг забруднення навколишнього середовища шкідливими викидами підприємств, що використовують органічне па­ливо , має бути складовою частиною загальнодержавного моніторингу навколишнього природного середовища, що являє собою систему спо­стережень, збирання, обробки, передання, зберігання та аналізу інфор — мації про стан навколишнього природного середовища, прогнозування його змін і розробки науково обґрунтованих рекомендацій для прийнят­тя рішень.

Основні принципи концепції екологічного моніторингу забруднення такі:

— об’ єктивність і достов ірність;

— систематичність спостережень;

— багаторівневість ;

— узгодженість нормативного, правового, методичного, технічного і програмного забезпечення;

— комплексність в оцінці екологічної інформації;

— відкритість екологічної інформації.

Принцип об’єктивності й достовірності оцінки забруднення реалі­зують за допомогою сучасних загальноприйнятих методів та засобів про­ведення вимірів рівня концентрацій забруднювальних речовин у повітрі. Достовірність вимірів треба підтверджувати розрахунками за допомогою існуючих методик, використовуючи сучасну обчислювальну техніку.

Принцип системності спостережень потрібний для підтвердження об’єктивності і можливості проводити системний аналіз. Позачергові, незаплановані, локальні та аварійні виміри доповнюють базу даних сис­тематичних спостережень.

Багаторівневість оцінки забруднення можна реалізувати на локаль­ному, регіональному та національному рівнях.

Локальний рівень — виміри забруднення та моніторинг навколишнього середовища на території окремих об’єктів (підприємств, міст, ландшафт­них ділянках).

Регіональний рівень виявляється в межах адміністративно-територіаль­них одиниць, на територіях економічних і природних регіонів.

Національний рівень екологічного моніторингу забруднення навколи­шнього природного середовища охоплює всю територію країни загалом.

Принцип узгодженості нормативного, правового, методичного, тех­нічного та програмного забезпечення треба реалізовувати на всіх рівнях концепції. Підставою для успішної реалізації цього принципу є дотри­мання нормативно-правової бази екологічного загальнодержавного моні­торингу навколишнього природного середовища у створенні методик оцінки забруднення, екологічної експертизи та паспортизації об’єктів, які використовують органічне паливо.

Принцип комплексності в оцінці екологічної інформації можна реалі­зувати за допомогою незалежних вимірювань різними спостерігачами як на одному об’єкті, так і за його межами і одночасним звіренням результа­тів з розрахунковими значеннями одних і тих самих величин за допомо­гою методик і сучасної обчислювальної техніки. Незалежними спостері­гачами виступають міністерства і відомства, органи державної виконав­чої влади та самоврядування, підприємства й організації.

Залежно від призначення екологічної оцінки забруднення виконують загальний (стандартний), оперативний (кризовий) та фоновий (науковий) моніторинг.

Загальний моніторинг стану забруднення навколишнього середовища має бути оптимальним за кількістю параметрів спостереження на об’єктах, об’ єднаних в єдину інформаційно-технологічну мережу, що дає змогу на підставі оцінки і прогнозування стану навколишнього середо­вища регулярно розробляти управлінські рішення.

Оперативний моніторинг — це спостереження спеціальних показників у реальному масштабі часу на цільовій мережі об’єктів, визначених дже­релами підвищеної екологічної безпеки чи ризику в окремих регіонах, аварія на яких може призвести до суттєвих екологічних наслідків.

Фоновий моніторинг являє собою спеціальні високоточні спостере­ження за всіма складовими стану навколишнього середовища, за характе­ром, складом, кругообігом та міграцією забруднювальних речовин.

Принцип відкритості екологічної інформації має забезпечити об’єктивність в оцінці комплексності та оперативності в проходженні ін­формації до широкого кола населення з метою запобігання негативному впливові на його здоров’я.

Енерго екологічний моніторинг навколишнього природного середо­вища має включати комплекс науково-дослідних, проектних і конструк — торськихробіт, спрямованих на розроблення та впровадження:

— нових засобів спостереження, збирання, накопичення, передавання і збереження інформації про стан викидів у навколишнє середо­вище ;

— методичних рекомендацій щодо аналізу та узагальнення інформа­ції, прогнозування змін стану довкілля;

— методів математичного моделювання, статистичного оброблення інформації, систем управління базами даних та інших видів комп’ютерного накопичення й узагальнення інформації;

— стандартів та інших нормативних документів, що регламентують функціонування системи державного моніторингу навколишнього природного середовища.

Одним з провідних питань концепції є вирішення проблем екологіч­ної експертизи об’єктів. Результати експертизи об’єктів, що спалюють органічне паливо, отримання локальної, регіональної та національної кар — тини стану навколишнього середовища є підставою для розробки та за­твердження багаторівневих екологічних програм, планів реалізації пріо­ритетних напрямів розвитку науки і техніки з охорони навколишнього середовища.

Контрольні питання

1. Загальна характеристика впливу теплової енергетики на навколишнє середовище.

2. Характеристика газових і аерозольних викидів ТЕС.

3. Ступінь ризику і дія токсичних газових викидів ТЕС на людину.

4. Сукупний вплив газових і аерозольних викидів енергетичних об’єктів на навколишнє середовище.

5. Механізм утворення опадів і кислотних дощів.

6. Тепловий вплив об’єктів енергетики на навколишнє середовище.

7. Особливості виникнення парникового ефекту.

8. Особливості шумового впливу об’єктів енергетики на навколишнє середовище.

9. Рівень звукового тиску і рівень звукової потужності.

10. Загальний перелік аспектів впливу шуму на людину.

11. Характеристика загальних аспектів впливу шуму на людину.

12. Характеристика методів вимірювання рівня шуму.

13. Загальна класифікація та характеристика шумовихджерел ТЕС.

14. Характеристика негативного впливу електричного поля на людину.

15. Санітарні норми і правила захисту населення від впливу електрич­ного поля.

16. Характеристика основних напрямів підвищення енерго-екологічної ефективності теплоенергетики.

17. Загальні напрями

Комментарии запрещены.