6.2. Управление энергетическими системами

Состояние ЭЭС или ее части в каждый момент времени характе­ризуется:

• схемой контролируемой сети и составом работающего оборудования;

• значениями контролируемых параметров режима;

• состоянием (исправно-не исправно) и положением (включено-выклю­чено) средств оперативного и автоматического управления, находящихся в ведении соответствующего диспетчерского персонала.

С помощью оперативно-информационного управляющего комплекса диспетчерский персонал осуществляет контроль за текущим состоянием ЭЭС (схемой, режимом, средствами управления), ретроспективный ана­лиз происшедших событий, оценку перспективных режимов. На основа­нии результирующей информации о текущем и перспективном состоя­нии ЭЭС, графике нагрузки, плане проведения ремонтных работ по опе­ративным заявкам с учетом указаний и рекомендаций диспетчерских ин­струкций и директивных материалов диспетчерский персонал осуществ­ляет реализацию ранее принятых решений и их коррекцию, если текущие условия отличаются от планировавшихся.

Управляющие воздействия выдаются диспетчерским персоналом со­ответствующего диспетчерского пункта через дежурных подчиненных энергообъектов или непосредственно с помощью устройств ТУ на из­менение:

• схемы электрической сети или состава оборудования электростанций и подстанций;

• положения средств автоматического и оперативного управления, па­раметров настройки автоматики;

• нагрузки агрегатов электростанций; нагрузки потребителей;

• напряжений в контрольных точках электрической сети (путем воз­действия на возбуждение синхронных машин, переключения трансфор­маторов, включения-отключения устройств компенсации реактивной мощности).

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятия «энергетическая система».

2. Чем отличается понятие «электроэнергетическая система» от понятия «энергетическая система»?

3. Что образует Единую энергетическую систему России (ЕЭС России)?

4. Что относится к объединенной энергетической системе?

5. Назовите основные преимущества объединенной энергетической системы

7. Влияние техники и энергетики на биосферу

7.1. Энергетика и окружающая среда

Сжигание топлива — не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода, около 50% двуокиси серы, 35% — окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2 — 4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа — 400 млн. доз, магния — 1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС — золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а, попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.

Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и ишаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

ТЭС — существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

Рост единичной мощности основного и вспомогательного энергетического оборудования, как правило, сопровождается увеличением звуковой мощности агрегатов, проблема снижения уровня шума особенно актуальна на крупных ТЭЦ, которые находятся в черте города.

С начала 1986 года впервые введен в действие ГОСТ 26279-84 "Блоки энергетические на органическом топливе. Общие требования к шумоглушению". Отличительной особенностью нового стандарта является требование установки на выхлопных трубопроводах блочных ТЭС глушителей шума для шумоподавления на период сброса пара. Вводятся специальные разделы в паспортах оборудования с указанием предельно допустимых шумовых характеристик оборудования. Разрабатываются специальные шумовые карты территории. Шум впервые выделен как форма загрязнения окружающей среды.

Таким образом, можно выделить следующие виды загрязнения окружающей среды объектами теплоэнергетики:

- выбросы в атмосферу в виде пыли, окислов серы, азота, углерода;

- твердые отходы (зола, шлак);

- сброс отработанной воды, содержащей нефтепродукты, взвеси, растворимые соединения металлов;

- тепловые низкопотенциальные выбросы;

- влияние электромагнитных полей линий электропередач;

- шумовое воздействие.

Нарушение режимов горения топлива приводит к образованию продуктов неполного сгорания: окиси углерода, сажи, смолистых веществ, содержащих полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в частности, самый токсичный из них, обладающий канцерогенностью — бенз(а)пирен. Количество ПАУ, поступающих в атмосферу с дымовыми газами, в значительной степени зависит от качества и вида сжигаемого топлива: угольные брикеты дают выброс ПАУ в 4 — 8 раз больший, чем уголь; выброс. ПАУ гораздо меньше при сжигании жидкого топлива и минимален при сжигании газа. Он существенно зависит от режима сжигания: при химическом недожоге количество ПАУ в дымовых газах может возрастать в 10 — 50 раз за счет содержания их в саже.

ПАУ из атмосферы выпадают в водоемы и почву, обладая свойством накапливаться в донных отложениях, растениях и живых организмах. настоящее время доказано влияние ПАУ на здоровье будущих поколений, Показано, что частота заболеваний человека злокачественными опухолями (рак легких) тесно связана с содержанием ПАУ, наибольшая часть этих заболеваний наблюдается в городах и индустриальных центрах.

Данные выбросы в энергетике, к сожалению, не контролируются, несмотря на то, что бенз(а)пирен относится к классу веществ чрезвычайно опасных.

В 1987 году ежегодное количество золошлаковых отходов на ТЭС Минэнерго СССР превысило 150 млн.т. Удаление золошлаковых отходов связано с отторжением территорий. Если сама ТЭС средней мощности занимает 200 — 300 га, то площадь золоотвала через 10 лет эксплуатации ТЭС достигает 800 — 1500 га. ТЭС средней мощности, работающая на экибастузских углях, сжигает до 2500 т топлива в час, при этом образуется до 1000 т золы. Учитывая, что по ряду токсичных микроэлементов зола ТЭС значительно превышает их среднее содержание в земной коре - мышьяк в 100 раз, бериллий в 60 раз, — следует считать золошлакоотвалы источником повышенной экологической опасности.

В ряде случаев поступление в окружающую среду металлов за счет сжигания ископаемого топлива значительно превосходит их производство. Вместе с золами ТЭС происходит техногенное заражение местности тяжелыми металлами.

Более 85% поступающей на ТЭС воды используется для охлаждения конденсаторов турбин. Эта вода нагревается в конденсаторах на 8-10°С и возвращается в водоем почти без изменения химических свойств и качества, исключая уменьшение содержания кислорода в воде. Около 2-3% воды теряется безвозвратно в процессе её использования (испарение в охладительных установках, добавка в цикл на компенсацию потерь).

К собственно, сточным водам относятся воды после охлаждения различных аппаратов, сбросные воды из систем гидрозолоудаления, отработавшие растворы после химических очисток, нефтезагрязненные стоки.

Так, для золоудаления на ТЭС мощностью 2400 МВт, работающей на экибастузских углях, требуется не менее 5000 т/час воды. Наличие таких объемов воды требует создания систем оборотного водоснабжения. Воды золоудаления содержат повышенную концентрацию фторидов, мышьяка, ванадия, реже ртути и германия (донецкие угли). В воде ГЗУ часто содержатся также ПАУ и фенолы.

Стоки после химической промывки теплосилового оборудования содержат ряд минеральных (соляная, серная, плавиковая и др.) и органических (лимонная, щавелевая, уксусная и др.) кислот. Очистка данных стоков предполагает стадии нейтрализации кислотной смеси с последующим направлением на биологическую очистку.

Регенерационные стоки ТЭС содержат значительное количество солей кальция, магния и натрия. Для конденсационной ТЭС мощностью 2400 Мвт количество обросных солей составляет около 400 кг/час, а для ТЭЦ оно превышает 2-2,5 т/час.

Наибольшую экологическую опасность с точки зрения загрязнения окружающей воздушной среды представляют дымовые трубы ТЭЦ, в выбросах которых содержатся взвешенные и газообразные вещества, выделяющиеся при сжигании топлива в котлах. К загрязняющим веществам, выбрасываемым с дымовыми газами и подлежащим нормированию и контролю, относятся: зола; сернистый ангидрид; окислы азота.

Основными источниками воздействия на окружающую среду в составе водопроводно-канализационного хозяйства ТЭЦ являются: сбросы производственных сточных вод; утечки воды и сточных вод из инженерных коммуникаций и сооружений; выбросы в атмосферу влаги в результате испарения и уноса ветром с открытых поверхностей емкостных сооружений и охлаждающих устройств.

К наиболее значительным видам воздействия следует отнести: загрязнение подземных и поверхностных природных вод, почв; подтопление прилегающих к ТЭЦ территорий; разжижение и снижение несущей способности грунтов; нарушение естественного природного баланса водных источников.

Все перечисленные воздействия могут иметь место как в период строительства, так и при дальнейшей эксплуатации ТЭЦ.

Стационарными источниками шума при работе ТЭЦ являются: основное технологическое оборудование, расположенное внутри производственных корпусов; вентиляционные установки, расположенные на кровле и у стен производственных зданий.

Ожидаемые уровни звукового давления находятся в пределах 13…41 дБА и не превышают допустимых значений для санитарной и жилой зон.

Крупными источниками теплового загрязнения воздушного бассейна и водных объектов в хозяйственно-технологической системе ТЭЦ являются дымовые трубы и сооружения системы охлаждения (градирни). В атмосферу выделяется: из дымовых труб ТЭЦ — около 664200 Гкал/год; из водно-хозяйст-венных технологических систем ТЭЦ — около 2996000 Гкал/год.

Вся теплота, поступающая от энергетических объектов в водоем, в конечном счете передается в атмосферу.

Суммарная проектная электрическая мощность ТЭЦ в перспективе до 2010 г. составит 1100 МВт. Выдача ее от ТЭЦ предусматривается переменным током напряжением 220 кВ в развитую сеть рядом проходящих линий 220 кВ. Суммарная длина гибких связей и шин распределительных устройств составляет около 3 км. Согласно «Правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок» линии электропередач до 500 кВ не являются вредными источниками электромагнитных излучений с точки зрения воздействия на окружающую среду.

АЭС не имеют выбросов дымовых газов и не имеют отходов в виде золы и шлаков. Однако удельные тепловыделения в охлаждающую воду у АЭС больше, чем у ТЭС, вследствие большего удельного расхода пара, а следовательно, и больших удельных расходов охлаждающей воды. Поэтому на большинстве новых АЭС предусматривается установка градирен, в которых теплота от охлаждающей воды отводится в атмосферу.

Важной особенностью возможного воздействия АЭС на окружающую среду является необходимость захоронения радиоактивных отходов. Это делается в специальных могильниках, которые исключают возможность воздействия радиации на людей.

Чтобы избежать влияния возможных радиоактивных выбросов АЭС на людей при авариях, применены специальные меры по повышению надежности оборудования (дублирование систем безопасности и др.), а вокруг станции создается санитарно-защитная зона.

При правильной эксплуатации, АЭС — наиболее экологически чистый источник энергии. Их функционирование не приводит к возникновению “парникового” эффекта, выбросам в атмосферу в условиях безаварийной работы, и они не поглощают кислород.

К недостаткам АЭС можно отнести трудности, связанные с захоронением ядерных отходов, катастрофические последствия аварий и тепловое загрязнение используемых водоемов.

Станции существенно влияют на водный режим рек, рыбное хозяйство, микроклимат в районе водохранилищ, а также на лесное и сельское хозяйства, поскольку создание водохранилищ связано с затоплением значительных полезных для народного хозяйства площадей.