Экологические проблемы решались на различных этапах развития отечественной энергетики соответственно складывающемуся уровню понимания этих проблем и их нормативной регламентации. Импульс к всесторонней и интенсивной природоохранной деятельности в отрасли был дан в начале 80-х годов после формирования законодательной базы, введения системы нормирования выбросов и сбросов ТЭС, платы за пользование природными ресурсами. Прошедшие годы отмечены качественным сдвигом в экологическом совершенствовании энергетического производства.
За предшествующие четверть века активной природоохранной деятельности в отрасли произошли существенные изменения:
- сформирована нормативно-методическая база;
- разработан ряд экологически эффективных технологий (ступенчатое сжигание, оригинальные аппараты мокрого золоулавливания улавливание выше 99,5%, новые конструкции топочных устройств);
- сформированы отраслевые структуры и службы на ТЭС по охране окружающей среды;
- разработаны нормативы ПДВ, ПДС для всех энергопредприятий; при этом к настоящему времени уже 80%. ТЭС вышли на уровень, определяемый ПДВ по SO2 и NOx;
- созданы новые технологии складирования золошлаковых отходов ТЭС.
В результате за последнее десятилетие ХХ века снижены удельные выбросы (на единицу использованного топлива, кг/тут) по оксидам азота в среднем на 8-9%, диоксидам серы - на 20-25.
Сегодня отечественная энергетика подошла к новому рубежу своего развития, который требует переоценки сделанной работы и выработки стратегии природоохранной деятельности в иных социально-экономических условиях, при качественно новом понимании экологических проблем, как основы устойчивого развития мировой цивилизации.
Особенность нового этапа заключается в необходимости уже в настоящее время закладывать основы энергетики на период после 2010 г. Новая энергетика России будет формироваться под воздействием новой концепции охраны окружающей среды – части государственной политикой стран мирового сообщества. Эта концепция, исходящая из единства и неделимости биосферы, предполагает разумный компромисс социальных, экономических потребностей общества, экологических ограничений. Данная задача решается на различных уровнях - государственном, региональном, отраслевом, в различных видах хозяйственной деятельности ..
Новый этап природоохранной деятельности в энергетики будет проходить в качественно новых условиях:
- затянувшийся экономический кризис на десятилетие затормозил обновление основных производственных фондов ТЭС, определил высокую степень морального и физического старения оборудования;
- смена экономической системы, развитие рыночных механизмов способствовали формированию рынка природоохранного оборудования и услуг по экологизации ТЭС с активным участием энергомашиностроительных заводов. В то же время резко уменьшились инвестиционные возможности развития и технического перевооружения ТЭС;
- перестройка федеральных органов охраны природы в определенной степени дезорганизовала природоохранную деятельность в ряде ведущих отраслевых организаций;
- значительно возросла роль экологических факторов глобального порядка (проблемы сохранения климата планеты, озонового слоя атмосферы, трансграничного переноса выбросов, загрязнения мирового океана);
- сложилась общая нехватка природных ресурсов для развития энергетики в основных энергопотребляющих зонах страны. Крупнейшие в мире массивы ненарушенных экосистем не могут служить природным ресурсом для развития отечественной энергетики, учитывая их исключительную роль в стабилизации глобальной экологической ситуации, а также труднодоступность, климатические особенности этих территорий;
- запасы органических топлив позволяют обеспечить электроэнергетику надежной топливной базой и формировать благоприятный топливный баланс. Доведение доли природного газа в топливном балансе отрасли до 65% позволило выполнить обязательства по снижению выбросов оксидов серы, ограничению выбросов оксидов азота. Однако в дальнейшем возможности увеличения доли природного газа в топливном балансе отрасли исчерпаны;
В то же время целый ряд объективных обстоятель ств ставят природоохранную деятельность в энергетике в число приоритетных задач. Это необходимость сближения по экологическим нормативами для ТЭС с устанавливаемыми Европейским Союзом. Усиление конкуренции, в которой существенную роль играет конкуренция по экологическим показателям. Обязательства России по по соблюдению международных соглашений в области охраны окружающей среды. Возрастание доли угля, используемого в качестве энергетического топлива;
Необходимость роста потребления электрической энергии в нашей стране относительно уровня 1991 г. в 1,4-1,6 раза. И другие.
С учетом специфики развития энергетики можно выделить следующие наиболее важные пути решения экологических проблем. А именно.
Завершение работ по ограничению валовых выбросов, сбросов загрязнителя на уровне выше нормативов ПДВ ПДС для обеспечения локальной экологической безопасности ТЭС. Эта задача касается около 20% всех энергопредприятий.
Основной акцент смещается с ограничения валовых показаний на снижение удельных экологических показаний:
1) на единицу использованного топлива (отдельно по каждому виду топлива), что характеризует эффективность системы сжигания очистки дымовых газов;
2) выброс загрязнителей на единицу использованного топлива (по каждому виду топлива отдельно), что отражает влияние:
- способа организации топочного процесса;
- конструкции топочно-горелочной системы;
- эффективность подготовки топлива к сжиганию;
- эффективность очистки дымовых газов;
3) выброс загрязнителей на единицу произведенной энергии; этот комплексный интегральной параллели отражает суммарное влияние экологической эффективности:
- эффективность процесса сжигания топлива;
- структуры топливного баланса, качества топлива;
- эффективность технологического цикла энергопроизводства. котлах. Соблюдение этих удельных нормативов становится столь же обязательным по валовым показателям – ПДВ, ПДВ.
Для российских ТЭС экологический эффект достигается прежде всего повышением экономичности производства и транспортировки энергии к потребителям. При средней по отрасли экономичности ТЭС на уровне 33-35% реально достижима экономичность современных паротурбинных блоков 45-48%, парогазовых установок – до 55%. Потери электроэнергии в сетях, распределительных устройствах достигают 9-11% (с учетом расхода на собственные нужды), существенно превышая соответствующие удельные показатели развитых стран. Потери в теплосетях составляют в реальных условиях 10-12% (до 20% в ряде случает) при нормативных потерях 6%. В сфере производства и транспортировки энергии можно обеспечить снижение выбросов загрязнителей в атмосферу на 40-50%, существенно уменьшить водопотребление, количество образующихся отходов.
Приоритетные задачи экологизации ТЭС на блажащие 10-15 лет могут быть решены путем радикального изменения технологии энергетического производства - повсеместной замены существующего природоохранного оборудования (в том числе, котельного) на качественно новое, в полной мере соответствующее современным экологическим требованиям. Обобщение опыта отечественной и зарубежной энергетики заставляет критически переоценить господствовавшие тенденции гигантомании – развитие энергетики на базе мощных ГРЭС, комплекса крупных ГРЭС. Практика показывает, что высокая степень локализации энергетических мощностей повышает потери в сетях при транспортировке энергии на большие расстояния, ограничивает возможности комбинированного производства тепловой и электрической энергии, усиливает экологическое давление на окружающую природную среду. Анализ показывает целесообразность создания в России приближенных к потребителям ТЭЦ средней мощностей до 150 МВт с максимальной степенью комбинированной выработки энергии.
Рационализация структуры топливного баланса, повышение качества энергетических углей, мазута (вытеснение высокозольных экибастузских углей кузнецкими, канско-ачинскими углями; облагораживание угля обогащением и очисткой от вредных веществ непосредственно на месте добычи и переработки – усреднение и стабилизация качества поставляемого топлива; обогащение углей со снижением содержания вредных примесей и повышением теплоты сгорания; обессеривание мазута на НПЗ; полное прекращение энергетического использования мазутов с содержанием серы выше 0,8-1,0%.) должна быть осуществлена в рамках Государственной программы.
Экономическая ситуация в стране требует последовательного, поэтапного ужесточения экологических нормативов, постепенного усложнения решаемых задач и увеличения инвестиций в природоохранную деятельность. Поэтому на ближайшее десятилетие практические задачи можно сформулировать следующим образом :
1) обеспечить выход на уровень ПДВ по оксидам азота по всем значимым энергопредприятиям без использования установок каталитической денитрации дымовых газов путем реконструкции котла с внедрением технологических внутритопочных мероприятий (ступенчатое сжигание, сжигание концентрическое структуре, малотоксичные горелки, рециркуляция дымовых газов, предварительная термо-химическая обработка угольной пыли). К настоящему времени научно-технические и технологические проблемы снижения выбросов NO х решены в той степени, которая достаточна для соблюдения существующих экологических нормативов действующими энергопредприятиями. Показатели, достигнутые на отдельных ТЭС, находятся на уровне лучших показателей зарубежной энергетики. Стало реальностью снижение концентрации оксидов азота в дымовых газах до 50-70 мг/м3 на пылеугольных котлах, до 700 мг/м3 в котлах с жидким шлакоудалением;
2) ограничить выбросы выбросов SO2.. Эта задача . требует взвешенного дифференцированного подхода. Для основных и наиболее перспективных малосернистых углей (кузнецкий, экибастузкий, канско-ачинский) различных видов твердого топлива с большим содержанием соединений кальция, обеспечения удельных нормативов выбросов серы возможно без громоздких систем десульфуризации. Лишь для ограниченного круга высокосернистых углей (интинский, подмосковный) потребуются высокоэффективные способы улавливания диоксида серы (80-95%). Создание таких комплексов следует рассматривать как уникальные решения для особо напряженных экологических зон, для предотвращения значительного трансграничного переноса выбросов. Основным технологическим способом сероочистки дымовых газов ТЭС следует считать малозатратные мероприятия с ограниченной эффективностью (40-60%) – серосвязывающие просадки к углю, в системе мокрого золоулавливания, не требующие перестройки технологического цикла;
3) ограничить выбросы угольной золы для действующего оборудования ТЭС до уровня ПДВ. На отдаленную перспективу - 15-25 лет в качестве рубежной задачи экологизации ТЭС реально обеспечены удельные выбросы золы на уровне нормативов, установленных стандартом России и Европейского Союза. Это, возможно, потребует полной замены сухих золоулавливающих аппаратов, реконструкции золоуловителей;
4) исчерпание емкости существующих золоотвалов (ЗШО) на многих угольных ТЭС требует создания новых ЗШО. Применительно к ним необходимы повышенные требования экологической безопасности - предотвращение пыления сухих пляжей планировочными и конструктивными мероприятиями, гранулированием золы, фильтрации загрязнителей в водные объекты путем создания геохимического барьера, сокращение емкости ЗШО за счет максимальной степени утилизации золошлаков. Утилизацию золошлаков следует рассматривать как самостоятельную многофакторную экологическую задачу. Нынешний уровень использования золошлаков либо готового продукта (2-2,5% в целом по отрасли) не соответствует реальным возможностям. Энергетики должны инициировать эту сферу предпринимательства.
Энергетика в нашей стране формировалась и функционировала на протяжении века как жестко структурированная система. Такая организация отрасли определяла:
- централизованное плановое решение экологических проблем развитие генерирующих мощностей, формирования структуры топливного баланса;
- единство научно-технического, информационного и методического обеспечения природоохранной деятельности, организация обмена опытом;
- централизованное финансирование научно-технических разработок экологически чистых технологий энергопроизводства и реализации наиболее значимых проектов;
- единство нормативно-методической базы экологического совершенствования и экологически безопасного проектирования, эксплуатации электростанций;
- формирование единой экологической программы энергетики, научно-технической базы экологического совершенствования действующих и вновь создаваемых ТЭС.
Проводимая реструктуризация отрасли приводит к существенному изменению условий природоохранной деятельности, вместо территориальных энергетических комплексов возникают экстерриториальные генерирующие компании, интересы которых не связаны с задачами развития отдельных регионов. В результате энергопредприятия вытесняются из единого территориального хозяйственного комплекса, утрачиваются отлаженные механизмы взаимодействия в решении актуальных экологических и экономических задач развития региона и отдельных промышленных центров.
Компенсировать возможный ущерб в реализации экологической программы отрасли и отдельно экологической безопасности ТЭС возможно формированием дееспособных региональных экологических центров, которые примут на себя решение научных, инженерно-технических и методических задач обеспечения экологической безопасности энергетики региона в целом и отдельных ТЭС с учетом региональной специфики экономических и экологических проблем на основе решения стратегической задачи отрасли.
Приоритетным направлением экологической политики отрасли является совершенствование нормативно-правовой и методической базы/. Для энергетиков важно не только руководствоваться природоохранными нормативами и следовать им, но критически оценивать обоснованность, активно участвовать в их формировании. В отрасли накоплен немалый опыт активного вторжения энергетиков-технологов в формирование системы экологических нормативов.
Система экологического нормирования, сложившаяся в стране, имеет ряд недостатков, снижающих ее эффективностью Прежде всего, это неоправданная усложненность системы нормирования. Так, природопользователь должен в рамках процедуры нормирования выбросов загрязняющих веществ не только заявить состав, количество выбросов, способ вывода их в атмосферу, но также обосновать их, прогнозировать уровень фонового загрязнения воздушного бассейна на перспективу, доказать экологическую безопасность деятельности, оценить допустимый долевой вклад предприятия в загрязнение приземного слоя воздуха, разработать предложения по уменьшению фонового загрязнения (если фоновое загрязнение выше ПДК), организовать контроль качества атмосферного воздуха в зоне влияния выбросов предприятия, определить экологический ущерб, рассчитать создаваемую приземную концентрацию. Фактически природопользовать должен представить обширный аналитический материал!
В отличие от зарубежной практики нормирования в России стандартом предусмотрен периодический (не реже чем через пять лет) пересмотр нормативов ПДВ, ПДС. Если же нормы выбросов и сбросов будут устанавливаться для предприятия однократно и рассматриваться как постоянная характеристика предприятия (при неизменных внешних условиях), то это обеспечит возможность долгосрочного планирования развития, технологического и экологического совершенствования предприятия.
Система платежей за выбросы загрязнителей в атмосферу, сброс загрязненных вод выродилась в формальную процедуру налогообложения, не создающую эффективных стимулов и финансовой поддержки природоохранных проектов. Разработка эффективных форм стимулирования природоохранных работ (льготное налогообложение, право продажи неиспользованных квот природопльзования, финансовая государственная поддержка крупных проектов и др.) создает возможность вытеснения административного давления экономической заинтересованностью.
Приоритет международного права и международных обязательств в охране окружающей среды, предусмотренные Конституцией РФ, требуют не только корректировки национальных нормативных документов, но также участия отечественных специалистов в выработке международных соглашений, учитывающих интересы стран с различным уровнем экономического развития, разными природными условиями.
Дымовые газы ТЭС содержат несколько десятков загрязнителей, однако лишь некоторые из них создают заметные приземные концентрации. Система нормирования будет достаточно эффективной, если она ограничится установлением нормативов выбросов для этой группы загрязнителей. Тезис «нормировать все, что выбрасывается» безотносительно к экологической значимости загрязнителей может привести к неоправданным затратам и - получению малоценной информации. Отраслевые нормативные документы устанавливают, что для ТЭС круг веществ, выбросы которых подлежат нормированию, ограничен и включает диоксид азота, оксид азота, диоксид серы, золу твердого топлива, золу мазута (в пересчете на элемент ванадий), оксид углерода, пыль угольную, сажу). Это положение согласовано и неоднократно официально подтверждалось Госкомприродой. Для ТЭС также предусматривается отказ от нормирования неорганизованных выбросов и выбросов мелких источников. Однако некоторые региональные органы охраны природы игнорируют эти принципы, которые, вероятно, должны получить статус федеральных.
Практика показала нерешенность ряда принципиальных вопросов нормирования выбросов: оптимальное (по минимуму затрат) распределения долевого вклада предприятий, учет нестационарности режима работы предприятия (в результате в равных условиях оказываются предприятия с равным уровнем максимальных выбросов, но с разным режимом работы – базовый, пиковый).
Одним из основных факторов, формирующих исходных экологические свойства ТЭС, является топливо. Исходные качества топлива (химический состав, физические свойства) не определяют конечный характер экологических последствий его применения. В зависимости от технологии использования топлива, характера окружающей природной среды они могут изменяться в широких пределах. Поэтому экологические характеристики топлива не являются абсолютной его характеристикой, они определяются комплексом параметров, - экопотенциал, экосовместимость и экотехнологичность.
Экопотенциал – выделяет такие исходные качества топлива, которые (в зависимости от технологии использования) могут определять характер и уровень первичного воздействия конечных продуктов сжигания топлива на окружающую среду.
Экосовместимость – экологические последствия использования данного топлива в конкретных условиях определяются не только массой и видом выделяемых загрязнителей и отходов (составляющих экопотенциал), но также соотношения этих показателей со свойствами окружающей среды, ее устойчивостью. Экосовместимость топлива оценивается ущербом в результате воздействия на окружающую среду при определенной технологии и определенном объеме использования топлива (Е 1).
Экотехнологичность – отражает пластичность свойств топлива и возможность направленного формирования качеств конечных продуктов топливоиспользования выбором соответствующей технологии сжигания. Она оценивается затратами на реализацию экологически оптимальной для данного топлива технологии (Е 2).
Замыкающий комплексный показатель, отражающий экологические последствия использования данного топлива на данной ТЭС – экологичностьтоплива, является экономической категорией и может иметь количественное выражение (в руб. на тонну использованного топлива):
Эк = Е 1 + Е2
Приведенные экологические характеристики топлива могут быть использованы для оптимизации структуры топливного баланса ТЭС, при выборе путей экологизации энергопредприятия.
Возможности и пути экологического совершенствования технологии энергопроизводства и оборудования действующих ТЭС существенно отличны от способов решения экологических проблем вновь создаваемых энергопредприятий. Здесь условия природоохранных работ диктуются в значительной мере ограниченностью производственных площадей, компоновочными ограничениями, инвестиционными возможностями, износом существующего оборудования и ограниченным сроком его дальнейшей эксплуатации, использованием непроектного топлива.
Таким образом, экологизация действующих ТЭС путем реновации оборудования представляет собой самостоятельную научно-техническую проблему, решение которой возможно на совершенной, динамично развивающейся нормативно-методической и технологической базе, на основе научной методологии, опирающейся на общие принципы методологии охраны окружающей среды и учитывающей специфику энергопроизводства, а также локальные, региональные и глобальные экологические проблемы отрасли.
На основе системного анализа определяются условия совершенствования технологии энергопроизводства и существующего энергооборудования:
1. Решение природоохранных задач прежде всего в рамках повышения экономичности энергопроизводства.
2. Недопущение снижения надежности оборудования и стабильности энергоснабжения.
3. Индивидуализация эколого-технологических решений, исключающая поточные методы проектирования, создание некой эталонной модели «экологически чистой» ТЭС.
4. Достижения комплексного экологического эффекта каждого мероприятия.
5. Предотвращения возможных побочных негативных технологических, социально-экономических и экологических последствий отдельных мероприятий.
6. Намечаемая реновация устаревшего оборудования должна предусматривать максимально возможную степень интеграции новых экологически ориентированных технологий.
7. Малозатраты природоохранных мероприятий.
8. Достижение комплексного экологического эффекта
С учетом новых эффективных методов подавления оксидов азота возможно пересмотреть оценку технологии сжигания угля с жидким шлакоудалением как пройденного этапа в развитии топочной техники. В топке с жидким шлакоудалением удается существенно повысить степень перевода золы в шлак (до 80-85%), что снижает выбросы летучей золы, улучшает условия складирования золошлаков на золоотвалах, позволяет осуществлять направленное изменение потребительских качеств золошлаков и одновременно эффективно ограничивать выход оксидов азота.
Необходимо учитывать, что невозможно во всех случаях обеспечить оптимальные условия реализации новых экологически ориентированных технологий на действующем оборудовании (по компоновочным, конструктивным, эксплуатационным, инвестиционным ограничениям). Поэтому требуется оценка вынужденных отступлений от указанных условий по степени утраты экологической эффективности. Так, при вынужденных отступлениях от оптимальных условий трехступенчатого сжигания (время пребывания в восстановительной зоне до 0,30-0,35 с при рекомендуемых значениях до 0,6с) достигнуто снижение выхода оксидов азота на уровне 40-50% при максимально отмеченных на практике значениях до 60%.
При этом стоимость такой реконструкции на ряде ТЭС Урала составляет не более 3,5 руб./кВт (на крупных ТЭС США затраты на организацию трехступенчатого сжигания достигает 30-35 долларов на кВт тепловой мощности). Таким образом, в сложных условиях действующей ТЭС обеспечивается реализуемость экологически совершенных технологий, при ограниченных инвестициях, что соответствует реальным условиям природоохранной деятельности ТЭС.
7. Организация экологического производственного контроля
Современные представления о содержании и способе организации контроля на ТЭС предусматривают следующие основные принципы:
- компактность (минимально необходимое количество технических средств и контролируемых параметров, исходя из информационной значимости их);
- оперативность, обеспечивающая возможность получать информацию в темпе рабочего процесса и корректировать его;
- дифференциация объема приборного контроля в зависимости от экологической значимости объекта с учетом высокой стоимости измерительной техники, значительных затрат на ее обслуживание.
В соответствии с этими принципами выделяются два вида экологического производственного контроля, различных по целям и способам функционирования – учетный и технологический . . Первый заключается в контроле первичного уровня воздействия на окружающую среду на выходе их технологического цикла. Технологический контроль оценивает режим работы природоохранного оборудования и создает возможность его оперативной корректировки.
Производственный экологический контроль не предусматривает контроль качества атмосферного воздуха в зоне влияния ТЭС. В тоже время необходим контроль теплового состояния водоемов, запыленности воздуха, создаваемой пылением золошлакоотвала.
Дифференцировать объем приборных средств контроля выбросов для каждой ТЭС возможно следующим образом:
1) следует предусматривать установку за каждым золоуловителем дымомеров-индикаторов (технологический контроль) и на каждой дымовой трубе – автоматических дымомеров - измерителей концентрации золовых частиц (учетный контроль);
2) для ТЭС, использующих топливо с незначительными колебаниями содержания серы (±15%), постоянный приборный контроль выбросов серы не организуется. В случае значительного разброса данных по содержанию серы необходимо применение автоматических газоанализаторов на дымовых трубах для учетного контроля выбросов;
3) целесообразно устанавливать автоматические газоанализаторы для измерения концентрации оксидов азота и углерода в дымовых газов на энергоблоках 500 МВт и более на каждой дымовой трубе, если общая паропроизводительность подключенных котлов не менее 900 т/ч;
4) если концентрация оксидов азота в дымовых газах ниже удельных нормативов для котлов, непрерывный контроль выбросов автоматическими газоанализаторами не организуется;
5) применение автоматизированных приборных средств нецелесообразно для ТЭС мощностью менее 2509 МВт по тем загрязнителям, для которых максимальная приземная концентрация не более 0,1 ПДК;
6) для ТЭС, причастных к трансграничному переносу загрязнителей и расположенных в охраняемых природных зонах, организуется по всем дымовым трубам автоматический приборный контроль выбросов.
Оптимальным способом использования автоматических приборов экологического контроля на ТЭС является организация автоматизированной системы экологического контроля (АСЭК), отличительными свойствами которой являются исключение непосредственного автоматического управляющего воздействия на функционирование объекта контроля, источник воздействия на окружающую среду, функции системы ограничиваются выдачей информации совета оператору; наделение АСЭК ТЭС функциями поиска оптимального по экологическим показателям режима работы оборудована; иерархическая структура АСЭК энергетического производства (котел-блок, ТЭС, региональные объединения);
Система АСЭК ТЭС выступает в качестве многоцелевой информационно-измерительной советующей системы, не связанной с реализацией командных воздействий.
Таким образом, организация экологического производственного контроля на ТЭС в двух основных его функциях – технологический и учетный контроль, включая организацию автоматизированной системы контроля выбросов, являются системной частью организации современного энергопроизводства, обеспечение функционирования экологического контроля составляет неотъемлемую часть производственной деятельности ТЭС.