Топливно-энергетический комплекс России и его влияние на окружающую среду

1.2. Структура отрасли. За последние десятилетия структура производства электроэнергии в России медленно изменяется (Таблица 1.3.2).

Тепловые электростанции. Этот вид электростанций отличается надежностью, отработанностью процесса. Производство постоянно, нет сезонности, основную роль играют мощные ГРЭС.

Крупные ГРЭС размещаются, как правило, в районах добычи топлива и их мощность превышает 2 млн. кВт каждой. Важным принципом современного развития и размещения тепловых электростанций является изменение топливного баланса в пользу

Таблица 1.3.2 Структура производства электроэнергии в России.

большего использования газа. Все в меньшей степени будет использоваться в качестве котельно-печного топлива нефть, а также уголь.

Анализ размещения ТЭС на карте показывает, что в европейской части страны основными ареалами концентрации ГРЭС являются наиболее мощные индустриальные экономические районы: Центральный район, в котором преимущественно на привозном газе и мазуте работают такие ГРЭС, как Конаковская и Костромская, мощностью более 3 млн. кВт/ч каждая; Уральский район, в котором на местных и привозных углях, мазуте, газе работают Рефтинская, Троицкая, Ириклинская, Пермская ГРЭС, мощностью от 2,4 до 3,8 млн. кВт/ч; Поволжье – Заинская ГРЭС; Северо-западный район, где на привозном топливе работает значительное количество ГРЭС.

В восточных районах страны крупными тепловыми электростанциями являются ТЭС Канско-Ачинского ТПК: Назаровская, Красноярская, Березовская. Мощность Березовской ГРЭС-1 планировалась на уровне 6,4 млн. кВт/ч. Первый блок построен и вырабатывает электроэнергию. Целый куст ГРЭС строится на попутном и природном газе Западно-Сибирского ТПК. Две Сургутские ГРЭС имеют суммарную мощность более 6 млн. кВт. Вводятся в строй очередные блоки третьей Сургутской, Нижневартовской и Уренгойской ГРЭС.

Хотя тепловая энергетика ориентируется в основном на топливные базы, обладающие большими ресурсами дешевого топлива, с поставкой электроэнергии в районы потребления, в то же время работают ТЭС разной величины и на местных видах топлива: Нерюнгринская, Гусиноозерская, Харанорская в Дальневосточном районе и многие другие.

К тепловым электростанциям относятся и теплоэлектроцентрали, обеспечивающие теплом предприятия и жилье, с одновременным производством электроэнергии. Теплофикация обеспечивает экономию топлива, значительно увеличивая КПД электростанций (60% полезного использования топлива вместо 35% на ТЭС). ТЭЦ размещаются в пунктах потребления пара и горячей воды, поскольку радиус передачи тепла невелик (10-12 км). В настоящее время на теплоэлектроцентрали приходится около 1/3 мощности всех паровых турбин. Появились крупные ТЭЦ. Мощность более 1 млн. кВт имеют ТЭЦ-21, ТЭЦ-22 и ТЭЦ-23 Мосэнерго и Нижнекамская ТЭЦ.

В крупных промышленных центрах стали появляться газотурбинные электростанции, работающие на двигателях внутреннего сгорания, которые выгодно использовать для покрытия пиковых нагрузок. Для введения их в действие нужно всего 20 минут (паровой – 5-7 часов).

Гидравлические электростанции. ГЭС являются весьма эффективными источниками энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, обладают простотой управления и имеют высокий КПД (более 80%). В результате себестоимость производимой на ГЭС энергии в 5-6 раз ниже, чем на ТЭС.

Освоение гидроресурсов наиболее эффективно в восточных районах страны, что определяется сочетанием многоводности рек, горного рельефа территории, узости скальных русел и, следовательно, созданием большого напора воды. В результате себестоимость электроэнергии в 4-5 раз дешевле, чем в европейской части страны. ГЭС восточных районов играли первичную роль в освоении природных ресурсов и развитии производительных сил. На их основе созданы ТПК, специализирующиеся на энергоемких производствах.

Характерной чертой гидроэнергостроительства в стране являлось сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций с комплексным использованием гидроресурсов: для получения электроэнергии, снабжения производства и населения водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. Крупнейшими каскадами являются Волжско-Камский и Ангаро-Енисейский.

Крупнейшими гидроэлектростанциями являются ГЭС Восточно-Сибирского экономического района: Саяно-Шушенская, Красноярская, Братская, Усть-Илимская. Мощные ГЭС европейской части страны созданы на равнинных реках, в условиях мягких грунтов. Это, прежде всего, ГЭС на Волге: в Волгограде, Самаре, Саратове, Чебоксарах, Воткинске и др., всего 13 гидроузлов общей мощностью 11, 5 млн. кВт.

В европейской части страны перспективно развитие нового вида гидроэлектростанций – гидроаккумулирующих (ГАЭС). Электроэнергия на ГАЭС производится за счет перемещения массы воды между двумя бассейнами, размещенными в разных уровнях и соединенных водопроводами. В ночное время, за счет излишков электроэнергии, вырабатываемой на постоянно работающих ТЭС и ГЭС, вода из нижнего бассейна по водопроводам, работающим как насосы, закачивается в верхний бассейн. В часы дневных пиковых нагрузок, когда энергии в сети не хватает, вода из верхнего бассейна по водопроводам, работающим уже как турбины, сбрасывается в нижний бассейн с выработкой энергии. Это один из немногих способов аккумуляции электроэнергии и поэтому ГАЭС строятся в районах ее наибольшего потребления. В эксплуатацию введена Загорская ГАЭС, общая мощность которой составляет 1,2 млн. кВт.

Атомные электростанции. Важной особенностью развития электроэнергетики на современном этапе является строительство АЭС. Их доля в суммарной выработке электроэнергии в нашей стране составляет 13%

На наших АЭС эксплуатируются реакторы 3-х основных типов: водо-водяные (ВВЭР), большой мощности канальные – уроно-графитовые (РБМК) и на быстрых нейтронах (БН). ВВЭР (12блоков) считаются надёжными, но только ВВЭР на Нововоронежской, Кольской, Тверской имеют защитные колпаки. Такой колпак при аварии на «Тримал-Айленд» (США, 1979г.) не допустил радиоактивного выброса. Наиболее опасными являются РБМК, которые по экономическим и техническим причинам нельзя защитить колпаком. В этом состоит трагедия атомной энергетики в нашей стране, избравшей в своем развитии изначально порочный путь.

В настоящее время в России на 9 атомных станциях эксплуатируется 29 энергоблоков. Крупнейшими АЭС являются Санкт-Петербургская (г. Сосновый Бор) – 4 млн. кВт (РБМК); Курская (г. Курчатов) – 4 млн. кВт (РБМК); Балаковская (Саратовская обл.) – 4 млн. кВт (ВВЭР); Смоленская – 3 млн. кВт (РБМК); Тверская (г. Удомля) – 2 млн. кВт (ВВЭР);Нововоронежская – 1,8 млн. кВт (ВВЭР); Кольская (г. Кандалакша) – 1,8 млн.кВт (ВВЭР).

Энергосистемы. Важной чертой современного развития электроэнергетики является сооружение электроэнергетический систем, их объединение и создание в стране единой энергетической системы.

Энергосистема – это комплекс тепловых, гидравлических, атомных электростанций, объединенных между собой высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП). Создание мощных ЛЭП экономически выгодно: способствует территориальному рассредоточению производства и, следовательно, рациональному использованию природных ресурсов всех районов страны; повышается надежность снабжения электроэнергией народного хозяйства, выравниваются суточные и годовые графики потребления электроэнергии.

РАО «ЕЭС России» – крупнейшая в мире энергосистема, имеющая в своем потенциале 600 тепловых, 100 гидроэлектростанций и 9 атомных. 

1.3. Проблемы развития отрасли. Ряд первоочередных проблем в отрасли относится к общеэкономическим: сокращается прирост мощностей; не производится замена, модернизация работающего оборудования; ряд районов испытывает трудности с обеспечением электроэнергией.

Необходимы поиски и внедрения более эффективных путей передачи электроэнергии, например, использование явления высокотемпературной сверхпроводимости.

Все современные способы производства электроэнергии имеют массу недостатков и работа ТЭС, ГЭС, АЭС сопровождается рядом отрицательных экологических последствий.

ТЭС. Имеют низкий КПД – не более 35%, что вызывает необходимость добычи огромных объемов топлива, а это значительные затраты труда, металла, земли, перегруженность транспорта, сжигание нефти, большие потери энергии при ее передаче – до 10% на каждую тысячу километров ЛЭП.

Кроме того, работа ТЭС ведет к загрязнению природного окружения, прежде всего загрязнению воздуха сернистым ангидридом, превращающимся в серную кислоту и золой, способствует «парниковому эффекту». Характерны для тепловой энергетики выбросы наиболее токсичных веществ – пятиокиси ванадия и бенз(а)пирена. Велики объемы сброса загрязненных сточных вод и золошлакоотвалов.

Необходимо улучшать существующие способы сжигания топлива, например, разрабатывать и применять технологии сжигания бурого угля в кипящем слое, МГД-генераторы, где струя плазмы в магнитном поле непосредственно генерирует ток и , следовательно, тепловая энергия прямо преобразуется в электрическую, минуя механический участок цепи.

Следует добиваться эксплуатации пылеочистного оборудования с максимально возможным КПД, при этом образующуюся золу эффективно использовать в качестве сырья при производстве строительных материалов.

ГЭС. Строительство водохранилищ связано с потерями большого количества плодородных земель на равнинах. В горах такое строительство, как считают ряд специалистов, может вызвать землетрясение в результате усиления тектонического давления массы воды на земную кору. Сокращаются рыбные запасы. Вода обедняется кислородом и становится почти безжизненной.

Перспективно строительство сравнительно небольших электростанций, работающих в автоматическом режиме, прежде всего в горной местности, а также – обваловка водохранилищ для освобождения плодородных земель.

АЭС. Ядерная энергетика имеет большие перспективы в развитии термоядерных электростанций. Это практически вечный источник энергии, почти безвредный для окружающей среды. Пределы ставит лишь ограничение возможности производства добавленной энергии. В основе – ядерный синтез в противоположность ядерному распаду на современных АЭС. Процесс реализован пока лишь в водородной бомбе. Плазму, разогретую до 100 млн. градусов, необходимо достаточно долго удерживать в рабочем состоянии. В современных «токамаках» достигнуты температуры порядка 60 млн. градусов и процесс идет лишь доли секунды. В разработке международного токмана ИТЭР объединяют усилия ученые США, Европы, Японии, России.

Альтернативная или нетрадиционная электроэнергетика. К наиболее современной, экологически чистой энергетике будущего относятся геотермальные, солнечные, ветровые, приливные, биогазовые, водородные электростанции.

Геотермальные электростанции используют тепло земных недр, где температура повышается на один градус через каждые 33 метра вглубь. Пока используются в основном естественные термальные воды. Например, на Камчатке работает Паужетская ГеоТЭС – старая, несовершенная, но дающая самую дешевую энергию. АО «Геотерм» начато строительство Мунтовской ГеоТЭС. Решено построить 7 блоков общей мощностью 92 МВт. Зпапсы термальных вод в стране велики – только в недрах Западной Сибири имеется целое море кипятка, превосходящее по объему Средиземное.

Однако основным направлением в геотермальной энергетике является использование сухих раскаленных пород в глубине Земли. Бурение сверхглубоких скважин, закачка воды, её разогрев и подача пара по параллельной скважине – замкнутый цикл. Эта работа начата в США, Японии, Италии, Новой Зеландии.

Солнечная энергия пока используется в основном для низкотемпературного нагревания воды при отоплении жилищ. Первая наша СЭС была построена в Крыму. Работала она на гелиостатах – нагревание сфокусированными солнечными лучами воды в емкости, а дальше – обычный процесс производства электроэнергии с помощью пара.