Рост серьезных заболеваний, потеря почвенного плодородия, озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса - вот лишь немногие печальные следствия теплоэнергетики. В настоящее время наиболее эффективным стимулом сокращения объема отходов является регламентация их выбросов в водный и воздушный бассейны Земли.
Современные тепловые электростанции представляют собой комплекс сооружений с блочной структурой. Основных блоков три:
- топливный блок, обеспечивающий подготовку топлива к его сжиганию для получения тепловой энергии;
- тепловой блок, включающий в себя парокотельный агрегат со всеми устройствами по его питанию горячим топливом, воздухом, водой и системами парообразования, конденсации, удаления топочных газов и шлаков (золы), а также паровую или газовую турбину;
- электрический блок, в состав которого входят трансформатор, распределительные устройства и другое вспомогательное электрическое оборудование (воздушные и масляные выключатели и т. д.), линии электропередачи.
Блочная конструкция обеспечивает рациональное размещение оборудования, пароводяных и электрических связей и других коммуникаций.
Турбина и генератор, располагающиеся соответственно в конце второго и начале третьего блоков, образуют единый комплекс, так называемый турбогенератор. Именно в нем механическая энергия вращения превращается в электрическую.
Тепловые электростанции оказывают отрицательное воздействие на природную среду. Отметим прежде всего то, что ТЭС в ходе своей работы, независимо от вида используемого топлива, сжигают кислород атмосферы, содержание которого в связи с загрязнением мирового океана нефтью, и сведением влажных тропических лесов медленно, но неуклонно уменьшается.
Тепловые электростанции ежегодно выбрасывают в отвалы 50 - 70 млн т золы. Под эти отвалы на каждой станции отводится, а значит, изымается из полезного пользования от 500 до 1000 га земли. Кроме того, многочисленные золоотвалы становятся источниками загрязнения почвенных вод. Использование зольных шлаков в производстве строительных материалов могло бы не только дать ощутимый экономический эффект, но и улучшить экологическую обстановку.
Как уже упоминалось, предприятия теплоэнергетики потребляют огромное количество пресной воды. Так, для производства электрической и тепловой энергии в России в 1993 г. было использовано 32,4 млрд м3 воды: на многих ГРЭС нет оборотного водоснабжения. Большая часть воды расходуется на охлаждение. Сбрасываемая обратно в водоемы, она приводит к их тепловому загрязнению, что оказывает неблагоприятное влияние на флору и фауну: содержание кислорода в воде уменьшается. Хотя сама вода на 89% состоит из кислорода, для дыхания водных организмов пригоден только растворенный в воде кислород, а его растворимость понижается с ростом температуры (при температуре 10 °С вода может растворить только 11 мг О2 на литр). Снижение содержания растворенного в воде кислорода создает условия для эвтрофикации водоемов. Большое количество воды идет в системы гидрозолоудаления ТЭС и ТЭЦ, использующих твердое топливо (уголь, торф, сланцы), после которых загрязненные воды опять сбрасываются в водоемы; К такому же результату приводят периодические промывки и регенерация фильтров систем золоудаления.
Сточные воды теплоэлектростанций загрязнены легко окисляющимися (т. е. расходующими кислород), а также токсичными веществами, в том числе солями тяжелых металлов, которые накапливаются в иле, попадают в организмы рыб и через цепи питания - в организмы птиц, других животных и человека, становясь причиной тяжелых заболеваний.
Сброс сточных вод тепловыми электростанциями России в 1993 г. составил 28,5 млрд м3, в том числе загрязненных - 1,32 млрд м3. Из этого количества загрязненных вод только 12% явились нормативно очищенными.
Но, пожалуй, наибольшему загрязнению при работе тепловых электростанций подвергается воздушный бассейн Земли, причем некоторые загрязнения приводят к глобальным отрицательным экологическим последствиям.
Большое количество летучих твердых выбросов (поллютантов) дают установки обогащения и брикетирования угля и углеразмольные агрегаты. Возникающие при этом твердые частицы находятся в воздухе во взвешенном состоянии, как и твердые частицы золы и сажи, уносимые в атмосферу топочными газами. Количество таких диспергированных в воздухе твердых частиц огромно - десятки миллионов тонн.
Запыление воздуха повышает отражательную способность атмосферы и становится причиной заметного изменения погоды (похолодания) в зоне действия указанных выбросов, более частых дождей и туманов.
Даже будучи инертными, твердые частицы загрязняют листовую поверхность растений, нарушая их нормальное функционирование, запыляют различные сооружения и механизмы, на очистку которых требуются значительные средства. Насыщенный пылью воздух вызывает болезни дыхательных путей.
Основными техногенными поллютантами являются диоксид углерода, диоксид серы и оксиды азота
Рассмотрим, в первую очередь, экологические последствия выбросов в атмосферу диоксида углерода (углекислого газа).
Как известно, углерод является молекулярным остовом живой материи на Земле и поступает в живые системы продуцентов в процессе фотосинтеза, в результате которого происходит превращение углекислого газа в различные органические соединения. Возникший в ходе длительной эволюции биогеохимический круговорот углерода или углекислого газа (левая часть рис.), а также других важных биогенных элементов и веществ, обеспёчивает устойчивое функционирование биосферы. Основным природным источником углекислого газа в атмосфере являются извержения вулканов. В течение сотен миллионов лет биота Земли приспособилась к этим природным выбросам, выводя их "излишки" из атмосферы за счет биохимических процессов.
Углекислый газ, нормальное содержание которого в воздухе составляет 0,03% (по объему), является главным "утеплителем" планеты, обеспечивающим теплоизоляцию Земли, т. е. среднегодовую температуру у ее поверхности около 15°С и благоприятные условия для функционирования всех живых организмов.
Антропогенные выбросы углерода и диоксида углерода в атмосферу, обусловленные на 90% сжиганием ископаемого топлива (правая часть рис.), за короткий срок на два порядка превысили по объему природные, что оказалось на пределе адаптационных и буферных способностей биосферы.