Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка методики сравнительной оценки экологических последствий развития тепловой и атомной энергетики

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики сравнительной оценки экологических последствий развития тепловой и атомной энергетики"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 621.311.25: 621.039

РАЧКОВ МАКСИМ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ РАЗВИТИЯ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Специальность 03.00.16 "Экология"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена на кафедре «Теплоэнергетические установки» Московского государственного открытого университета и в Академии промышленной экологии

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор М. Х-Г. Ибрагимов Официальные оппоненты

доктор технических наук Л.А. Лебедев

кандидат технических наук С. А. Субботин

Ведущая организация

Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН

Защита состоится Якма^-Ы 2005 г. в (Гш на заседании диссертационного совета'Д.212.137.01 в Московском государственном открытом университете по адресу: 129805, Москва, ул. Павла Корчагина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ирЬт* 2005 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Учёный секретарь —у ,

диссертационного совета; ^^ _

доктор технических наэдк Г.В. Томаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В условиях становления рыночных отношений, ограниченности природных ресурсов и резкого ухудшения состояния окружающей среды возникает объективная необходимость наряду с осуществлением крупных государственных экологических программ введение в природоохранную деятельность также экономического механизма. Однако широкое использование экономических методов управления природопользованием и охраной окружающей среды сдерживается отсутствием общей методологии количественной оценки экологической опасности техногенной деятельности человека, что не позволяет в полной мере применять экономические стимулы и санкции.В настоящее время энергетика России находится в процессе рыночного реформирования. В этих условиях ключевым фактором развития атомной энергетики, который определяет ее роль и место в структуре ТЭК РФ, является ее конкурентоспособность с энерготехнологиями на органическом топливе. Определение реальной конкурентоспособности различных энерготехнологий невозможно без учета их экологического воздействия. В настоящее время отсутствуют системные решения этой зад ачи. Имеющиеся концепции количественной оценки экологического воздействия от техногенных объектов на окружающую среду приводят к выводам, которые невозможно использовать в реальной экономике, что свидетельствует об их слабой методологической основе.

Указанные недостатки вызвали потребность в разработке системных моделей и методических рекомендаций для учёта экологического фактора при планировании конкурентоспособного развития атомной энергетики.

Цель работы

1. Разработка концепции оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека.

РОС. КЛМИПНЛ,'>«•(< лЯ

I—СЛ'кте-'^^г

200ЦРК

2. Разработка полуэмпирической модели, позволяющей формировать критерии радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и определять требования к чистоте продуктов переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).

3. Разработка комплексного методического подхода к анализу техногенных возмущений в экосистеме.

4. Разработка алгоритма оценки экологического риска ядерной энерготехнологии в стоимостных показателях.

5. Оценка влияния внешней стоимости на конкурентоспособность угольной, газовой и ядерной энерготехнологий.

Научная новизна

Впервые разработана концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека, которая приводит на современном уровне знаний к необоснованно завышенной внешней стоимости угольной и газовой энерготехнологий, что не позволяет использовать её для реальной оценки конкурентоспособности различных энерготехнологий.

Впервые разработана полуэмпирическая методика, которая позволяет при существующей базе данных и минимальном использовании вычислительных и программных средств формировать критерии радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и определять требования к чистоте продуктов переработки ОЯТ.

Впервые предложен комплексный методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме, который определяет требования к базе данных, необходимых для проведения количественной оценки экологической опасности, и позволяет при наличии этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от техногенных объектов.

Впервые предложен алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии на основе минимальной стастистической базы последствий крупных аварийных воздействий.

Практическая ценность

Разработанная концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба позволяет актуализировать внешнюю стоимость в качестве инструмента для оценки реальной конкурентоспособности различных энерготехнологий.

Разработка критериев радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья даёт возможность формировать требования к чистоте продуктов переработки ОЯТ, направляемых на захоронение в геологические формации, и тем самым определять эколого-экономическую приемлемость того или иного способа переработки ОЯТ.

Методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме определяет требования к базе данных, необходимых для проведения количественной оценки экологической опасности для населения, проживающего на территории с различными техногенными объектами, и позволяет при наличии этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от этих объектов.

Алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии позволяет в количественных показателях определить риск при наличии минимальной стастистической базы последствий аварийного воздействия, что особенно важно для техногенных объектов, у которых представительная статистическая выборка принципиально невозможна.

На защиту выносятся:

- концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба,

- полуэмпирическая модель для формирования критериев радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья,

- методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме,

- алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на международных научно-технических конференциях «АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ТОПЛИВНЫЕ ЦИКЛЫ» (Москва, НИКИЭТ, 1-2 декабря 2003 г.; Димитровград, НИИАР 3-5 декабря 2003 г.), "ЭКО-ИНФОРМ 2002" (Москва, ЦНИИатоминформ, октябрь 2002 г.), "ПЛАНИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ: методология, программное обеспечение, приложения" (Москва, ЦНИИатоминформ, октябрь 2003 г.), на научно-технических семинарах в ЦНИИатоминформе, НИКИЭТ, ФЭИ, ИБРАЭ РАН, ИАЭ им. И.В. Курчатова, а также на научных семинарах кафедры ТЭУ МГОУ. Результаты работ опубликованы в 8 статьях и препринтах.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 144 стр. машинописного текста, содержит 10 рисунков, 25 таблиц. Список использованной литературы включает 62 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, сформулированы основные цели и задачи работы, изложены основные научные результаты и положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе проанализированы экологические проблемы, связанные с отходами традиционной тепловой энергетики, и раз-

6

работана концепция оценки внешней стоимости выбросов парниковых газов.

Предприятия угольной энергетики на всех этапах производственного цикла оказывают наиболее сильное воздействие на окружающую среду, вызывая негативное влияние на здоровье населения. Особенно сильное воздействие на здоровье население оказывают выбросы от тепловых электростанций. Уже начиная с добычи утя, происходит деформация биосферы: ухудшаются биологические характеристики почв, деградирует растительный покров, идет загрязнение водной среды сточными водами, в атмосферу попадает пыль и вредные газообразные вещества, формирование отвалов вызывает подъем грунтовых вод. Ежегодно предприятиями угольной промышленности России нарушается от 2 до 4 тыс. га земель.

Современный технологический процесс добычи и переработки нефти и газа сопровождается рассеянием в окружающей среде десятков и сотен различных химических веществ, большинство из которых обладает высокой токсичностью, а также мутагенными и канцерогенными свойствами. Геолого-разведочные работы, промышленное обустройство месторождений нефти и газа, их эксплуатация сопровождаются значительным загрязнением и нарушением естественных ландшафтов. На долю этих отраслей в сумме приходится более половины ежегодных объемов нарушения земель в горнодобывающих отраслях промышленности и 10% общей площади техногенно нарушенных земель в стране. Для этих отраслей характерен низкий уровень улавливания и обезвреживания загрязняющих веществ. Если в промышленности в целом средний уровень такого улавливания достигает 80%, то в газовой отрасли он составляет 36%, а в нефтедобывающей - 2%, что является самым низким показателем в промышленности. Ежегодно в результате аварий на промысловых и магистральных трубопроводах в общей сложности теряется более 10 млрд м3 природного газа и порядка 20 млн т нефти.

Особое значение в настоящее время приобрела проблема так называемого парникового эффекта, возникающего из-за присутствия в атмосфере газов, которые беспрепятственно пропускают ультрафиолетовое излучение Солнца, но задерживают отраженное от поверхности Земли инфракрасное излучение. Эти газы образуются при любом процессе горения, и с ними связывается по-

вышение средней температуры поверхности Земли и опасность изменения климата.

В последнее время при рассмотрении экономики различных топливных циклов обращается все большее внимание не только непосредственно на технологическую стоимость производства энергии, но также и на стоимость ущерба ("внешняя стоимость"), который возникает при производстве и распределении энергии. В соответствии с этим рыночное равновесие развивающихся энергетических технологий предлагается оценивать с учетом внешних стоимостей, присущих каждой из этих технологий. В связи с этим нужно рассматривать две области риска: область нормируемого риска, ущерб от которого связан с нормальной эксплуатацией объекта и будет входить в издержки производства как «внешняя стоимость», и область компенсируемого риска, ущерб от которого возникает только в аварийных ситуациях и должен компенсироваться из специального фонда как страховка. Подходы к экономической оценке этих двух типов риска - нормируемого и компенсируемого - должны принципиально различаться. Плата за компенсируемый риск - это персонифицируемая компенсация за нанесенный ущерб. И ее размер никак не влияет на величину будущего возможного аналогичного ущерба. Издержки же, связанные с нормируемым риском, должны представлять собой расходы на уменьшение вредного воздействия в будущем или, более точно, расходы на развитие технологий, результатом которого будет уменьшение данного ущерба. Таким образом, издержки за компенсируемый риск - это расходы за уже приченён-ный ущерб, а издержки за нормируемый риск - это расходы за уменьшение ущерба в будущем.

Уменьшение вредного техногенного воздействия может быть достигнуто тремя способами: совершенствование «ущербной» технологии, дополнение «ущербной» технологии другими, компенсирующими ее ущерб, и замещение «ущербной» технологии другой технологией. Поэтому величина издержек «ущербной» технологии, связанных с нормируемым риском, будет определяться темпами ее совершенствования, дополнения или замещения. В свою очередь, эти темпы, а следовательно, и обеспечивающие их расходы зависят

в одинаковой степени и от экономической способности технологии взять на себя дополнительные издержки, и от административных планов по уменьшению ущерба от нее.

Внешнюю стоимость технологии можно выразить с помощью расчёта экономически приемлемых издержек технологии на уменьшение ущерба от нее.

Если принять, что X - удельная количественная характеристика фактора ущерба от данной технологии [например, X кг/(кВтч)], а органы управления приняли решение об уменьшении этого фактора на АХ, то это уменьшение может бьггь достигнуто за счёт различных вариантов (1) увеличения издержек [Ас дол./(кВтч)]. Отношение дополнительных издержек (Ас) к уменьшению фактора ущерба (АХ) можно интерпретировать как удельную «стоимость» фактора ущерба (Ас/АХ дол./кг).

В случае усовершенствования данной технологии дополнительные издержки направляются на её сохранение. При замещении же «ущербной» технологии на другую дополнительные издержки будут носить характер налога, направленного на развитие технологии, её замещающей и дающей тот же потребительский эффект. Очевидно, что из всех возможных вариантов следует выбрать вариант с наименьшими дополнительными издержками.

Во второй главе проанализированы экологические проблемы, связанные с отходами атомной энергетики, и разработана полуэмпирическая модель для формирования критериев радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья.

Анализ состояния радиационной безопасности на предприятиях атомной отрасли показывает, что существует устойчивая тенденция к снижению облучаемости персонала: за последние десять лет средние дозы облучения уменьшились с 5 до 3 мЗв/год. Средний показатель профессиональной заболеваемости в отрасли в 1,3 раза ниже, чем в электроэнергетике, и в 3 раза ниже, чем в производственной сфере в целом. Атомная отрасль занимает 21-е из 22 ранговых мест, установленных в порядке снижения уровня про-

фессиональной заболеваемости, среди отраслей промышленности. Нормально работающая АЭС при соблюдении санитарно-гигиенических норм по выбросам и сбросам не оказывает отрицательного влияния на здоровье человека и состояние окружающей среды. На стадии добычи урана основной вклад в коллективную дозу даёт облучение персонала, работающего под землёй. С поверхности рудника из отвалов в атмосферу на каждые 105 т добытой руды может поступать в год до 100 Ки 22211п, что не даёт заметного вклада в облучение населения. Переработка урановой руды и изготовление топлива не связаны со сколько-нибудь существенным облучением населения. Коллективная доза обслуживающего персонала, обеспечивающего удаление, хранение и захоронение радиоактивных отходов, пренебрежимо мала. Ещё меньше вклад этой стадии ядерного топливного цикла (ЯТЦ) в облучение населения. Коллективные дозы за счет перевозок при добыче, обогащении топлива и удалении отходов пренебрежимо малы. Опыт эксплуатации заводов по переработке топлива показывает, что коллективная доза облучения для профессиональных работников при штатных режимах работы незначительна.

Источниками загрязнения окружающей среды на начальном этапе ЯТЦ являются жидкие, газообразные и твердые отходы, возникающие при добыче и переработке руды и содержащие как радиоактивные, так и вредные химические вещества. По количеству вредных химических веществ, удаляемых в окружающую среду, предприятия начальной стадии ЯТЦ имеют весьма низкие показатели. При этом заметно выше воздействие, обусловленное функционированием ТЭС, дающих энергию всем стадиям ЯТЦ. Поэтому при замене ТЭС на АЭС этот источник загрязнения может быть ликвидирован. Анализ состояния радиационной безопасности на АЭС показывает, что за последние годы не было случаев превышения предельно допустимых выбросов и сбросов ни на одной из АЭС. Фактические выбросы АЭС, как правило, значительно ниже допустимых. Они составили по инертным радиоактивным газам 2,8 % от допустимого выброса для станций с уран-

графитовыми реакторами, 0,3 % от допустимого выброса для станций с реакторами ВВЭР и на быстрых нейтронах. Точно также на всех АЭС имеется большой запас до достижения допустимых значений по долгоживущим нуклидам и 1311.

Основную и наиболее опасную часть радиоактивных продуктов ядерного топливного цикла составляет ОЯТ. К 2010 г. ядерные реакторы на урановом топливе суммарной мощностью ~400 ГВт наработают более 300000 т облученного топлива. При отсутствии переработки и рециклирования оно будет содержать -3000 т плутония, ~140 т 237Np и ~120 т 241-243Am (количество нептуния со временем увеличится до 500 т за счет распада 241Ри и 241Аш, масса которых соответственно уменьшится). В ОЯТ будут находиться также долгоживущие продукты деления: ~250 т "Тс, ~90 т ,35Cs и ~90 т 1291.

В среднем 1 ГВтгод выработанной электроэнергии на АЭС сопровождается образованием ~800 т низко- и среднеактивных РАО и 30 т высокоактивного ОЯТ. При переработке одной тонны облученного ядерного топлива из реактора типа ВВЭР образуется 4,5 м3 высокоактивных отходов, 150 м3 среднеактивных и до 2000 м3 низкоактивных РАО. Основной объем отходов (до 90%) относится к отходам низкой удельной активности. Их доля в общей активности не превышает 1%. На долю высокоактивных отходов приходится 99% всей суммарной активности отходов, но их доля в объеме менее 1%. Сегодняшняя практика обращения с РАО от переработки ОЯТ предусматривает их остекловывание без предварительного разделения смеси радионуклидов по степени их радиоактивности, временное хранение остеклованных блоков и их последующее захоронение. Решение проблемы сокращения отвер-жденных отходов будет обеспечиваться оптимизацией процесса переработки, включая выделение широкой номенклатуры нуклидов, и проведением фракционирования при переработке ОЯТ для уменьшения количества отходов в конечной форме, развития гибкой технологии включения отходов в матрицы и разработки матриц разного назначения. Для фракционированных долгоживущих радионуклидов необходимо использовать особо стойкие матрицы, близкие по свойствам к природным минералам.

Оптимистические оценки безопасности захоронения радиоактивных отходов на десятки тысяч лет вызывают вполне понятные сомнения, связанные с надёжностью столь долговременных прогнозов. Их обоснованность может быть продемонстрирована в рамках модели радиационно-эквивалентного захоронения РАО, исходящей из допустимости захоронения последних только после достижения баланса между биологической опасностью захораниваемых радиоактивных отходов Ю зб ^^п ) и биологической опасностью

4 ОТХ ОТХ ОП/

соответствующего им количества извлекаемого из недр топливного сырья (Отс н= Отс(уд)штс), и достижимости этого баланса за приемлемые сроки контролируемого хранения (^<400 лет). Основное условие радиационно-эквивалентного захоронения имеет, очевидно, следующий вид: < 1. Долговременное и широкомасштабное использование ядерной энергетики возможно только в том случае, если практически весь добываемый уран (штс(и>) будет превращен в продукты деления: « Шдд^.

В отходы направляются все стабильные и короткоживущие продукты деления. Долгоживущие продукты деления - шСз, ^Бг, шСз, "Тс, |291 - выделяются из отходов. Их допустимый остаток в отходах (^37С5(отх), ^35С5(отх), £\(отх), ^129/ога>) определяется из основного условия радиационно-эквивалентного захоронения. Кроме продуктов деления, в РАО также входит часть плутония (^р^01^) и часть минорных актинидов (^МА(ста)), выпадающих из топливного цикла в результате периодической переработки ОЯТ. Но Сотх(и)(уи) = £ 01(уи)(£1((Л*) т,(и/тсгга(и})'где суммирование ведется по долгожи-вущим продуктам деления и актиноидам. Поэтому основное условие примет вид:Е (О1(уд)/Отс(и)(уд))(^(отх) тт/тт^< 1. При вовлечении в топливный цикл долгоживущих продуктов распада урана (230ТЬ, 226Яа и 23,Ра) путём сжигания их в ядерном реакторе основное условие радиационно-эквивалентного захоронения имеет следующий вид: £ (О,'

Биологическая'опасность любого радиоактивного нуклида (в) прямо пропорциональна его радиационной активности (А,), миграционной активности (В), т.е. вероятности попадания из геосфе-

ры в биосферу, его интенсивности контакта с биологическими тканями человека (С), способности аккумулироваться в них (D), выделяющейся энергии при радиоактивном распаде нуклида (Н) и её разрушительным биологическим эффектом (F^, т.е. G ~ А В CDHHF. Представим это выражение в следующей форме: G ~ (ACDHF) Bt = Т В1? где Т з ACDHFi будем называть радиационной токсичностью i-ro нуклида. За основу численной оценки токсичности отхода берётся объём воды (V) или воздуха, необходимый для разбавления единицы его количес"™"* (Lr^ 1 J^u и т.д.) до предельно допустимой концентрации. В случае радиоактивных отходов вместо допустимой концентрации для населения, не имеющего профессионального контакта с источниками излучений (ДКБ, Ku/л), могут использоваться пределы годового поступления (Ш II, мкКи/год) или дозовые факторы (Е, Зв/Бк) и др. В качестве разбавителя, как правило, выбирают воду, т.к. она играет основную роль при миграции нуклидов из мест окончательного захоронения в биосферу. Имея в виду, что ДКБ определяется в радиационной медицине с учётом попадания нуклида в организм человека, периода его выведения оттуда, отложения нуклида в тех или иных органах и последующего облучения их в течение 50 лет, ввво-дится следующая характеристика радиационной токсичности нуклида: Т0®0 ~ V (ДО. Учитывая, что V^50=А/ДК, получаем выражение для биологической опасности радиоактивного нуклида: G1^ ~ (А/ДК^В^ В качестве характеристики миграции нуклида из горных пород в биосферу принято использовать коэффициент задержки нуклида в горной породе (RF), равный отношению скорости миграции воды в горной породе (У™') к скорости миграции в ней нуклида (v(rn)): RF = v^'/V"1'. Без ущерба для общности рассмотрения можно принять, что В ~ 1/RF = у(гп)/Ут). Учитывая это, получим G^® ~ (А/ДК1)(у1(гп)/у(гп)). Для природного урана можно записать следующее выражение: G^«^ ~ (А^/Д1^)(уи(гпУ v™).

В соответствии с основным условием радиационно-эквивален-тного захоронения интерес представляют не абсолютные значения численных характеристик биологической опасности радио-

активных нуклидов, а отношения удельных характеристик их биологической опасности (в^) к удельной биологической опасности топливного сырья (Ос(и^>). Это отношение (в^) будем называть относительной удельной биологической опасностью ¡-го нуклида и вычислять из следующего выражения: = (А1(уд)/ ДК1)(у/-)/у(™))/(Атс(и)^)/ДКи)(уи(г")/у(™)), или 0(/и(ДК)(ул)=(А1'(уд)/ Атс(и)(уи))(ДКи/ДК)(у^/у^). Введём следующие обозначения для табулируемых величин: ДК/ДКц = К^«™, (у™/ у™) = К(мигр). Коэфициент К.(рад)(ДК) называется радиационным коэффициентом ¡-го нуклида, а К(мигр)- его миграционным коэффициентом. Итак,

0/и(Х)(УД) " (А1.(уд)/Атс{и)(уд))/(К!(рад)(Х)К|(мигр)).

Для смеси нуклидов, входящих в состав РАО и подлежащих захоронению в геологических формациях, естественно использовать следующие выражения для относительной удельной биологической опасности РАО:

^(дкГ^? [(А^УА^^У(^^т^^Ут^^ « * 2 [(А^лУАт^(уд))/(К;(рад)(дк)К1(мип)))](^1(0ГП!) т^-Ут^, где ^ - доля ¿-го нуклида, идущая в отходы; суммирование распространяется на все категории нуклидов (актиноиды, продукты деления); швд(пер) - масса ¡-го нуклида, вовлекаемого в переработку (для рециклируемых нуклидов т1(и)(пер)> т^, так как одни и те же ядра ¡-ш нуклида могут вовлекаться в переработку несколько раз).

С учётом введённых параметров основное условие радиацион-но-эквивалентного захоронения можно представить следующим выражением:

+ Е [(А^Атс(у)(-))/(К^)К(ми^](^^т(у)(-)/тОД(у>) + + £ [(А^Ат^)/(К^К(ми^1(^)т1(¥)^)/тПД(¥)) < 1, где У ={(и);(1ГШ1аРа)}, ^ - доля ¡-го продукта деления, идущая в отходы (суммирование ведётся по долгоживущим продуктам деления); - доля]-го минорного актиноида, идущая в отходы.

Долгоживущие продукты деления разделим на две группы: в первую группу включим продукты деления ("Тс, 129I, l3íCs и др.), у которых период полураспада больше приемлемого контролируемого срока хранения (-400 лет), а во вторую - продукты деления C°Sr, n7Cs) с периодом полураспада меньшим этого срока.

После соответствующих преобразований в интервале времени, равному приемлемому контролируемому сроку хранения РАО, условие радиационно-эквивалентного захоронения эквивалентно следующей системе:

I [(A,2to)/ATc(Y)(-))/(K,2(p^) К 2(миф))] ш12(у/-УтПД(у)) * 0;

[(A(w)/Atc(Y)^)/(Kj(w)^) KKMnJ] т^Лпвдд) +

+ S[(А^УА^ИК< 1.

В этой системе из первого уравнения определяется доля стронция (^Sr(OTX)) и цезия (^Csl37(<m°) в отходах, обеспечивающая радиаци-онно-эквивалентное захоронение РАО после приемлемого контролируемого срока хранения (-400 лет), а из второго - необходимая для этого степень очистки РАО от плутония (^Ри(отх)), младших актиноидов (^МА(ста)), цезия (^135Cs(ora)), технеция (£Тс(стх)) и йода (^(<rot)). Расчёты показывают, что в том случае, когда долгоживущие продукты распада урана не вовлекаются в топливный цикл и время контролируемого хранения -400 лет, для радиацинно-эквивалент-ного захоронения отходов быстрых реакторов необходимо выполнение следующих требований к переработке ОЯТ: ^Ри(ота)« 0,0001;

£ (отх) Ä С (отх) с (ora) Л АЛ1 . с (ora) с (отх) Ä с (оп)вг («*)«0 01

В случае же, когда долгоживущие продукты распада урана вовлекаются в топливный цикл и время контролируемого хранения -400 лет, для радиацинно-эквивалентного захоронения отходов быстрых реакторов необходимо выполнение следующих требований к переработке ОЯТ: £,Ри(ота) « » ^^ ж « 0,001; (отх)-«

Из основного условия радиационно-эквивалентного захоронения очевидно, что для его выполнения необходимы следую-

щие операции:очистка радиоактивных отходов от плутония с остатком по плутонию до 10'3; очистка радиоактивных отходов от минорных актинидов с остатком ~10"3; возвращение в реактор и трансмутация быстрыми нейтронами в продукты деления, наряду с ураном и плутонием, других актиноидов, образовавшихся при работе реактора, в первую очередь америция; извлечение стронция (с остатком 10"3) и цезия (с остатком 10"2) с их утилизацией в качестве источников излучения или тепла; выделение долгоживущих йода (с остатком 10'3) и технеция (с остатком ~10"2) с их возвращением в реактор для трансмутации (из-за малой активности этих изотопов такая операция понадобится лишь в отдалённом будущем); придание радиоактивным отходам перед захоронением минералоподобных или других физико-химических форм, устойчивых к миграции в грунте; захоронение радиоактивных отходов в естественно-радиоактивных геологических формациях, в т.ч. остающихся после добычи урана, в количествах, эквивалентных по радиотоксичности извлечённому урану. Основные изотопы кюрия имеют небольшой период полураспада, высокую радиоактивность, в том числе нейтронную, и при возврате их в реактор для трансмутации заметно увеличивается радиоактивность топлива и затрудняется его фабрикация. Поэтому кюрий лучше извлечь из топлива при переработке и выдержать в хранилище в течение 50-100 лет с возвратом в реактор продуктов его распада - изотопов плутония и долгоживущего кюрия.

В третьей главе представлен новый методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме и разработана методика оценки экологического риска в стоимостных показателях.

В результате техногенной деятельности человека происходит экологическое загрязнение окружающей среды, связанное с ухудшением качества природной среды относительно нормативных показателей. В качестве безразмерной характеристики загрязнения атмосферы примем следующее соотношение:

п £выбр

Затм = Е ппи-'^р, где с,'"* - фактическая (измеренная) концентра-

1=1 ''Д^ч

ция в атмосфере на данной территории /-го вредного вещества; пдк"ыбр- предельно допустимая концентрация этого вещества в воздухе; п - число различных вредных веществ, содержащихся в выбросах. Аналогично определяются другие характеристики загрязнения.

Ключевым понятием опасной техногенной деятельности человека является экологический ущерб. По степени техногенного воздействия на население и окружающую среду ущерб можно разделить на три области: нормативный ущерб, текущий ущерб и потенциальный ущерб (риск). Область нормативного ущерба (У<У^) определяется значениями ПДК, ПДЦ и другими нормируемыми показателями качества окружающей среды. Такой ущерб существует всегда, его вероятность равна единице {р= 1). В диапазоне УЛ,<У<УЙ находится область текущего ущерба. Эта область обычно характеризуется эпизодическим появлением (р< 1) заметного ущерба, который проявляется в ухудшении показателей качества окружающей среды по сравнению с нормируемыми значениями. Однако в экологически неблагополучных регионах такой ущерб может быть длительным (р= 1). Значительный ущерб (У>УД) может возникнуть в области риска, когда на объектах с повышенной опасностью (например, АЭС) происходит авария, вероятность которой оценивается очень низким значением (р<< 1).

Ущерб, выраженный в безразмерных относительных показателях Уоп, можно представить в виде двух составляющих: ущерба, причиняемого непосредственно населению (прямой ущерб, У^ , и ущерба, наносимого населению за счёт деградации среды его обитания (косвенный ущерб, У^). Прямой ущерб населению можно разделить на следующие составляющие: ущерб, связанный с потреблением загрязненной атмосферы ; ущерб, связанный с потреблением загрязнённой воды ; ущерб, связанный с потреблением загрязнённых продуктов питания у™"; ущерб, вызванный

внешним опасным воздействием у"3. Прямой ущерб населению, связанный с потреблением загрязнённой атмосферы Уа™, зависит от количества и качественного состава вредных выбросов в атмосферу и от численности населения, которое дышит такой загрязненной атмосферой, У™ =<ри(М1"г'р,^т1р), где м™6р - безразмерная характеристика количества и качества выбросов; ы'шр - безразмерная характеристика численности населения на данной территории, при этом = Затм. Аналогично определяются другие характеристики прямого ущерба.

Косвенный ущерб населению, связанный с деградацией среды его обитания, можно разделить на следующие составляющие: ущерб, связанный с загрязнением атмосферы у™; ущерб, связанный с загрязнением воды у^; ущерб, связанный с загрязнением территории ущерб, вызванный внешним опасным воздействием УГ,: Укосв = Ф2(ХГ, у:::, уГ. )• Косвенный ущерб населению, связанный с деградацией среды его обитания из-за загрязнения атмосферы, зависит от количества и качественного состава вредных выбросов в атмосферу, влияющих на биологическое разнообразие видов, их продуктивность и фотосинтез, и от значимости рассматриваемой территории в процессе сохранения природной среды в регионе: У™ где м'^ ~ безразмерная характеристика количества и качества выбросов в атмосферу, влияющих на сохранение природной среды; Ф™ - безразмерная характеристика значимости территории в этом процессе. В качестве безразмерной характеристики примем следующее соотноше-

п £выбр

ние: > гДе с'ыбр - фактическая концентрация в атмос-

фере на данной территории /-го вредного вещества; пк'ыбр - предельная концентрация этого вещества, не оказывающая отрицательного влияния на биоразнообразие видов, их продуктивность и фотосинтез; п - число различных вредных веществ, содержа-

щихся в выбросах. Аналогично определяются характеристики косвенного загрязнения.

Экологическая опасность для населения, проживающего на территории с техногенными объектами, определяется двумя факторами: ущербом от фактической опасности и риском (потенциальной опасностью) в случае аварийных ситуаций. Поэтому величину экологической опасности в безразмерных относительных показателях Ооп можно представить в виде функции: С7 = ф (У , Яап), ще Уоп и Яоп - ущерб и риск в безразмерных относительных показателях. Относительный показатель риска Коп можно представить в виде двух составляющих: риска, непосредственно угрожающего населению при аварийных ситуациях (прямой риск, Япр), и риска, которому подвергается население из-за возможной деградации среды его обитания в послеаварийный период (косвенный риск, Я ).

косе оп т V пру косе'

Прямой риск для населения, вызванный возникновением аварийной ситуации, можно разделить на следующие составляющие: риск, связанный с аварийным загрязнением атмосферы я™; риск, связанный с аварийным загрязнением воды ; риск, связанный с аварийным внешним воздействием = МЯ.Т'ЛТ'ЛТ) • Прямой риск для населения, связанный с аварийным загрязнением атмосферы, зависит от возможного количества и качественного состава аварийных выбросов и от численности населения, вынужденного дышать такой загрязненной атмосферой: КГ = ^.(К;""".^!,), где м'"рбр- безразмерная характеристика количества и качества аварийного выброса; - безразмерная характеристика численности населения на данной территории. В качестве безразмерной характеристики аварийного выброса возьмём

следующее соотношение: мТрм=1^пцК.»бР, где с™брав - возможная при аварийном выбросе концентрация /-го вредного вещества в атмосфере данной территории. Аналогично определяются характеристики прямого риска от загрязнения водной среды и почвы.

Косвенный риск для населения, связанный с возможной деградацией среды его обитания в послеаварийный период, можно разделить на следующие составляющие: риск, связанный с послеава-рийным загрязнением атмосферы риск, связанный с после-аварийным загрязнением водной среды ; риск, связанный с пос-леаварийным внешним воздействием: я^ = ^(/СГЛ^.-С?.) • Косвенный риск для населения, связанный с возможной деградацией среды его обитания вследствие послеаварийного загрязнения атмосферы, зависит от количества и качественного состава аварийных вредных выбросов, влияющих на биологическое разнообразие видов, их продуктивность и фотосинтез, и от значимости данной территории в процессе сохранения природной среды региона: гДе - безразмерная характеристика количества и качества аварийного выброса; ~ безразмерная характеристика значимости территории в сохранении природной среды региона в послеаварийный период. В качестве безразмерной характеристики примем соотношение

п ^увыбр ав

К™"' , где с'ы6ра' - возможная концентрация в атмосфе-

ре на данной территории /'-го вредного вещества в послеаварийный период. В качестве характеристики примем соотноше-

пагНм ав

/г^атм ав тер л

ние 9= —РшР, где Б"™"' - площадь территории с загрязнен-

^ ре г

ной атмосферой в послеаварийный период. Аналогично определяются характеристики косвенного риска.

Значительный ущерб для населения и окружающей среды возникает при аварии на объектах с повышенной потенциальной опасностью (например, АЭС). Хотя вероятность такой аварии очень мала (р « 1), но она не может быть полностью исключена. Задача определения стоимостных показателей риска Ясп от техногенных объектов с повышенной потенциальной опасностью имеет короткую, но весьма насыщенную историю попыток её решения. Впер-

вые количественный подход к оценке риска был предложен Ф.Фармером в 1967 г. Он предложил принимать решения, связанные с оценкой риска, по схеме, имеющей три этапа:

1. Всевозможным авариям на техногенных объектах приписывают две координаты: величину ущерба Уш, связанного с негативными последствиями аварии (число мгновенных летальных случаев, число отдалённых раковых заболеваний и т.д.), и меру возможности такой аварии (при отсутствии статистических данных она играет роль вероятности р). При этом оценка риска выражается соотношением: Я = У р.

СП ое-»

2. Пространство, образованное этими двумя величинами (координатами «аварийного» пространства), разбивают на две области: приемлемую и неприемлемую. Такое разбиение является условным и может исходить как из условия «равнонежелательности» всех аварий, так и учитывать особую антипатию общества к тяжёлым авариям.

3. В том случае, если какая-либо проектная авария попадает в неприемлемую область, то в конструкцию объекта должны вноситься изменения с целью снижения вероятности аварии или её последствий, или того и другого.

Основная трудность при практической реализации схемы Фармера возникает в процессе осуществления первого этапа (наполнения «аварийного» пространства более или менее обоснованными «точками»). Для решения этой проблеы возможны два принципиально различающихся подхода: 1) для наполнения «аварийного» пространства использовать только фактические результаты произошедших аварий (полученные таким образом точки будем называть «действительными»; 2) создать такую Операционную систему, которая позволяла бы на основании базы известных данных приписывать рассматриваемым авариям возможные координаты в «аварийном» пространстве (такие точки будем называть «мнимыми»).

Первый подход является непредставительным для тех объектов (например, АЭС), которые вследствие объективных причин

не могут обладать достаточно обоснованной статистической выборкой аварий. Поэтому все усилия были направлены на решение второго подхода, который был реализован в 1975 г. в известном документе WASH-1400 «Исследование реакторной безопасности» (Н.Расмуссен и др.). По существу, впервые была создана нетривиальная Операционная система, которая позволяла на основе базы известных данных приписывать любой рассматриваемой аварии возможные координаты в «аварийном» пространстве: вероятность и последствия аварии. Такая Операционная система носит название ВАБ (вероятностный анализ безопасности). Следует еще раз подчеркнуть, что ВАБ - это всего лишь Операционная система (одна из многих возможных), а не открытие нового знания об опасности. ВАБ можно и нужно использовать при выборе и принятии технического решения, нахождении слабых мест и модернизации конструкции, сравнении проектных вариантов и др., но с помощью ВАБ нельзя доказать достоверность принимаемого решения, тем более обосновать безопасность объекта. На наш взгляд, вряд ли когда-нибудь вообще появится возможность расчётного обоснования решений, связанных с безопасностью таких сложных объектов, как АЭС. К тому же в этом нет особой необходимости, так как решение проблемы безопасности сводится в практическом русле к оценке риска как величины компенсации, которую владелец опасного объекта должен выплатить пострадавшим в результате аварии на этом объекте. Подходы к решению этой задачи могут быть различными.

На сегодняшний день в зарубежной практике получил распространение подход к оценке стоимости риска, в котором используются полученные с помощью ВАБ «мнимые» точки в «аварийном» пространстве. Проводится вероятностная оценка величины дозовой нагрузки облучения при аварии и находится вероятность проявления отрицательных эффектов (ущерба) от такого облучения. Возможная стоимость риска оценивается как произведение полученных вероятностей и установленной в результате договорённости приведённой стоимости ущерба, связанной с

одной ранней смертью, одной латентной смертью, с величиной дозовой нагрузки облучения и с другими «условными разрушениями». В отечественной практике предлагается упрощённый (по сравнению с предыдущим методом) подход, в котором принимаются уже известными дозовые нагрузки облучения, а оценивается только вероятность проявления отрицательных эффектов от такого облучения. Поэтому возможная стоимость риска может быть найдена как произведение этой вероятности и приведённой стоимости ущерба.

Оба указанных выше подхода к оценке стоимости риска имеют ярко выраженный вероятностный характер, что предопределяет их существенные недостатки: во-первых, они не понятны для непрофессионалов, и, во-вторых, они эмоционально неприемлемы, так как из-за очень малых вероятностей больших последствий аварий расчётные оценки риска и компенсационные выплаты получаются незначительными, что, очевидно, противоречит фактическому положению дел. Кроме этого, следует отметить также другие недостатки. В первом подходе используется произведение двух вероятностей, что приводит к значительной неопределённости и вызывает большие сомнения в достоверности полученных результатов. При использовании же второго подхода неправомерно принимать в качестве возможных при аварии дозовых нагрузок облучения фактические данные, полученные для других условий. Поэтому необходим принципиально другой (детерминистский) подход к количественной оценке риска (стоимости ущерба при аварии), который был бы свободен от недостатков вышеуказанных вероятностных подходов к оценке риска.

Предлагаемая методика к оценке риска (метод базисных территорий) состоит в проведении следующих процедур:

1. Формируем линию зависимости фактической стоимости ущерба для населения и окружающей среды от величины аварийного выброса условного загрязнителя из опасного объекта для каждой территории, где уже происходили аварийные выбросы. Такие территории назовём «базисными» территориями.

2. На основании информации, представленной владельцем рассматриваемого опасного объекта, устанавливаем совместно с ним величину максимально возможного выброса условного загрязнителя при аварии М™ер.

3. На основе зависимости фактической стоимости ущерба от аварийных выбросов на базисной территории (пункт 1) и проведенной оценки возможного аварийного выброса (пункт 2) находим величину стоимости риска при аварии рассматриваемого объекта.

В четвёртой главе представлена оценка влияния экологического ущерба различных энерготехнологий («внешней стоимости») на темпы их развития в конкурентном рынке.

В настоящее время происходит процесс становления принципов конкурентного развития электроэнергетики. Модель рынка предполагает установление единой маржинальной цены для производителей и потребителей. Преимущественное развитие получат наиболее наукоемкие эффективные технологии. При переходе к рынку на формирование равновесной цены, а соответственно, темпов роста производства электроэнергии каждым производителем помимо прогнозируемого спроса, изменения технико-экономических показателей энерготехнологий, цены топлива, эффективного управления по снижению издержек будут играть роль факторы обеспечения безопасности, налогового и экологического законодательства, внедрение международных стандартов ответственности. Интеграция российской экономики в мировой рынок заставит принять международные стандарты ответственности за ядерный ущерб. Только при соответствии международным нормам ответственности можно ожидать, что ядерные технологии станут инвестиционно привлекательными. Либерализация экономики, переход к конкурентным принципам развития заставляют все больше внимания уделять мировым стандартам оценки экологической значимости энерготехнологии. Развитие энергетических технологий в конкурентном рынке необходимо рассматривать с учетом их экстерналий («внешней стоимости"). При анализе конкурентоспособности энерготехнологий с учетом экстерналий необходимо учитывать экономическую оценку те-

кущеш ущерба при нормальной эксплуатации и потенциального ущерба от возникновения аварийных ситуаций. Прежде всего это составляющая компенсации ущерба при нормальной эксплуатации энерготехнологии. Денежные выплаты от текущего ущерба при нормальной эксплуатации должны идти на ликвидацию последствий от вредного воздействия нормальной эксплуатации. Составляющая на компенсацию ущерба от возможных аварийных ситуаций должна обязательно входить в стоимость производства электроэнергии в виде страховой премии. Проведение стоимостных оценок внешней стоимости должно опираться на физическую оценку риска в ядерном комплексе.

Согласно межународным стандартам, на эксплуатирующую организацию в случае возникновения ущерба ложится строгая или абсолютная ответственность за компенсацию. Соответственно эксплуатирующая организация должна иметь финансовое обеспечение для проведения компенсационных выплат. Одним из реальных гарантирующих инструментов финансового обеспечения является страхование. Режим гражданско-правовой ответственности за ядерный ущерб включен в законодательство практически всех развитых стран - носителей ядерной технологии с обязательным установлением финансового обеспечения. Страховое покрытие станет одним из условий лицензирования деятельности энергокомпаний, эксплуатирующих атомные электростанции.

При переходе к рынку необходимо проанализировать способность энерготехнологии взять на себя соответствующие затраты по экстерналиям. В ранее проводимых исследованиях расчёты значений экстерналий энерготехнологий имели большой разброс, что свидетельствует о разных методических подходах к расчёту и социальном восприятии при оценке результатов. Например, для атомной энергетики ущерб от возникновения тяжелой аварии оценивался в 10 млрд долл., а «внешняя стоимость» для энерготехнологий на органическом топливе определялась составляющей ущерба при нормальной эксплуатации.

С использованием динамической модели рынка было рассчитано изменение равновесной цены для действующей практики формирования издержек производства и с учетом экстерналий в себестоимости для конкурирующих технологий. Добавление экстерналий непосредственно к издержкам производства приводит к увеличению равновесной цены примерно на 7-9% (рис. 1).

[ена рынка

(ена рынка с учетом экстерналий

Рис. 1. Динамика изменения равновесной цены рынка (для минимального варианта Энергетической стратегии России)

Были проведены исследования возможной стратегии развития атомной энергетики для заявленной модели рынка. Проведенные расчеты показали, что атомная энергетика в любом случае не сможет получать требуемых инвестиций и темпы ее развития окажутся меньше, чем для реализации минимального варианта Энергетической стратегии России (рис. 2). Основной вклад в снижение конкурентоспособности ядерной энерготехнологии вносят значительные капитальные вложения. Включение в издержки экстерналий становится особенно чувствительным для электростанций на угле. Потенциал развития атомной энергетики при этом увеличивается. Темпы ее роста достигают установленного минимального варианта стратегии развития (рис. 3).

Анализ темпов развития конкурирующих технологий показал, что по мере роста цен на органические энергоносители конкурентоспособность АЭ будет возрастать (рис.4). Такая же зависимость наблюдается и при включении экстерналий в издержки производства. Существующая в настоящее время структура топливного баланса обусловлена проводившейся длительное время политикой цен на первичные энергоносители для электростанций. Цены утя в среднем в 1,3 раза выше цен газа и, соответственно, доля тепловых электростанций на газе превышает 60%. В условиях рынка рост установленной мощности конкурирующих технологий должен происходить согласно индивидуальным темпам развития этих технологий. В начальные годы рассматриваемого периода в равновесной системе энергетики наибольшие темпы развития будут иметь газовая и атомная технологии. Существующие ценовые диспропорции между ушем и газом не позволяют в настоящее время развиваться электростанциям на угле. Однако по мере роста цен

240

120

2005

2010

2015

2020

♦ Развитие АЭ в рынке ' Развитие АЭ в рынке с учетом экстерналий А Установленная стратегия развития АЭ

Рис. 2. Развитие атомной энергетики в конкурентном рынке

на газ и перехода на экономически обоснованные соотношения цен органического топлива конкурентоспособность угольных энергоблоков будет возрастать (см. рис. 4). Это должно приводить к увеличению их суммарной установленной мощности. Индивидуальный темп роста газовой технологии будет снижаться со временем, однако накопленный производственный потенциал позволит электростанциям на газе сохранить значительную роль на энергетическом рынке.

При учете экстерналий в издержках угольные электростанции не смогут конкурировать с энергоблоками на газе. Прирост энергопотребления будут удовлетворять только АЭС и электростанции на газе (рис. 5).

2005

2010

2015

2020

-Темп развития АЭ в рынке

-Темп развития АЭ в рынке с учетом экстерналий

Рис. 3. Изменение индивидуального темпа развития атомной энергетики

АЭС —■—КЭС-газ А КЭС-уголь

Рис. 4. Индивидуальные темпы развития конкурирующих технологий (безучета экстерналий)

АЭС —■—КЭС-газ -А—КЭС-уголь

Рис. 5. Индивидуальные темпы развития конкурирующих технологий (с учетом экстерналий)

выводы

1. Разработана концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека, которая приводит на современном уровне знаний к необоснованно завышенной внешней стоимости угольной и газовой энерготехнологий, что не позволяет использовать ее для реальной оценки конкурентоспособности различных энерготехнологий. Показано, что величина экологических издержек технологии, связанных с нормируемым риском, определяется темпами ее совершенствования или замещения, а эти темпы, и, следовательно, обеспечивающие их расходы зависят как от экономической способности технологии взять на себя дополнительные издержки, так и от административных планов по уменьшению ущерба от нее.

2. Разработана полуэмпирическая модель, которая позволяет при существующей базе данных и минимальном использовании вычислительных и программных средств формировать критерии радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и определять требования к чистоте продуктов переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Показано, что для современной ядерной энергетики России за приемлемое время контролируемой выдержки достижение баланса между биологической опасностью порождаемых ею РАО и потребляемого ею природного урана невозможно. Для достижения этой цели или приближения к ней необходим переход от технологии современного ядерного топливного цикла к трансмутационному замкнутому топливному циклу, а также к рециклированию конструкционных материалов.

3. Предложен комплексный методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме, который определяет требования к базе данных, необходимых для проведения количественной оценки экологической опасности, и позволяет при наличии

этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от техногенных объектов.

4. Разработан алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии на основе минимальной статистической базы последствий крупных аварийных воздействий.

5. Проведена оценка влияния внешней стоимости на конкурентоспособность различных энерготехнологий. Показано, что если выбросы парниковых газов будут квотироваться или штрафоваться, то угольная энергетика не сможет претендовать на роль крупномасштабной энерготехнологии и постепенно будет вытеснена на энергетическую периферию, а атомная энергетика получит дополнительный инвестиционный потенциал для своего развития.

ПУБЛИКАЦИИ по ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ибрагимов М.Х.-Г., Рачков В.И., Рачков М.В. Влияние экологических факторов на конкурентоспособность энерготехнологий на органическом топливе и атомной энергетики//Изв. Акад. пром. экологии. 2000. № 4. С. 19-25.

2. Рачков В.И., Рачков М.В. Радиационная эквивалентность РАО и урановой руды//Там же. 2001. № 2. С. 20-24.

3. Вощинин А.П., Тараненко A.B., Рачков М.В. Разработка и верификация программы "Энергоинвест" для расчёта сравнительной эффективности альтернативных инвестиционных проектов в электроэнергетике//Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. "Эко-инвест-2002", М., ЦНИИатоминформ, октябрь-ноябрь 2002 г. С. 199-208.

4. Коробейников В.В., Рачков М. В., Усанов В. И., Чебесков А.Н., Югай С. В. Оценка вклада ядерной энергетики России в снижение выбросов парниковых газов при различных сценариях её развития//Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. "Атомная энергетика и топливные циклы", М., НИКИЭТ-НИИАР, декабрь 2003 г. С. 58-59.

5. Рачков М.В., Толстоухов Д.А. Экономическая оценка влияния «внешней стоимости» на темпы развития атомной энергетики в конкурентном рынке//Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. "Планирование развития энергетики: методология, программное обеспечение, приложения ", М., ЦНИИатоминформ, октябрь 2004 г. С. 121-128.

6. Рачков М.В. Экономическая оценка влияния «внешней стоимости» на темпы развития атомной энергетики в конкурентном рынке//Изв. Акад. пром. экологии. 2004. № 4 г.

7. Поплавский В.М., Сидоров Г.И., Декусар В.М., Рачков М.В. Перспективы использования атомной энергии в производстве синтетических моторных топлив из угля и тяжелых нефтяных остат-ков//Препринт ФЭИ. Обнинск, 2004.

8. Чернилин Ю.Ф., Жигульский В.В., Рачков М.В. Замедление роста атомной энергетики. Причины и последствия//Препринт РНЦ "Курчатовский институт". ИАЭ-6323/3. М., 2004.

I

Подписано в печать 03 03 05 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная. _Печ л 2,0_Уч-издл 1,8_Тираж 70экз Заказ №73

Издательско-полиграфическое отделение «ЦНИИАТОМИНФОРМ» 127434, Москва, а/я 971

I

I

I

РНБ Русский фонд

2005-4 42963

(

Г V. »

s. g '.

з !

22 MAP 2005

го

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Рачков, Максим Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ. Энергетика как один из основных источников отходов.

ГЛАВА 1. Глобальные экологические проблемы и отходы тепловой энергетики и.

1.1. Отходы в угольном топливном цикле.

1.2. Отходы в газомазутном топливном цикле.

1.3. Химическое загрязнение биосферы.

1.4. Парниковый эффект и изменение климата.

1.5. Разработка концепции оценки внешней стоимости.

ГЛАВА 2. Экологические проблемы и отходы ядерной энергетики

2.1. Отходы ядерного топливного цикла и безопасность атомной энергетики.

2.2. Разработка критериев радиационной эквивалентности РАО и ядерного топливного сырья.

2.3. Обращение с отработанным ядерным топливом.

2.4. Методика количественного ранжирования ядерных реакторов и их топливных циклов для крупномасштабной энерготехнологии.

ГЛАВА 3. Разработка методики оценки техногенных возмущений в экосистеме.

3.1. Экологическое загрязнение.

3.2. Экологический ущерб.

3.3. Экологическая опасность и экологический риск.

3.4. Анализ экологической опасности в стоимостных показателях.

ГЛАВА 4. Оценка влияния "внешней стоимости" на конкурентоспособность энерготехнологий.

4.1. Модель рынка электроэнергии.

4.2. Внешняя стоимость энерготехнологий.

4.3. Сравнительный анализ темпов развития энерготехнологий с учетом влияния внешней стоимости.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Разработка методики сравнительной оценки экологических последствий развития тепловой и атомной энергетики"

Любая энерготехнология - это технология превращения топлива в управляемую энергию и отходы. В зависимости от отходов все энерготехнологии условно можно подразделить на две группы:

• энерготехнологии с нелокализуемыми отходами,

• энерготехнологии с локализуемыми отходами.

Условность такой классификации связана с тем, что любая энерготехнология порождает и локализуемые, и нелокализуемые отходы. Поэтому, говоря об энерготехнологии с нелокализуемыми отходами, будем иметь ввиду энерготехнологии, в которых основную часть отходов составляют технологически нелокализуемые отходы. К таким энерготехнологиям относятся, в частности, энергетика на ископаемом органическом топливе. Под энерготехнологиями с локализуемыми отходами подразумеваются энерготехнологии, в которых подавляющая часть отходов локализуется технологически. Ядерная энергетика относится к числу таких энерготехнологий.

Использование органического минерального топлива осуществляется главным образом путем его сжигания, что приводит к огромному количеству ежегодных вредных выбросов в атмосферу: -200 млн т диоксида углерода, -100 млн т оксидов серы, ~70 млн т окислов азота, -60 млн т мелкодисперсных аэрозолей [1].

В России на долю предприятий ТЭК приходится свыше 30% суммарных промышленных выбросов вредных веществ, более 80% промышленных выбросов парниковых газов, 70% - оксида азота и 30% -сернистого ангидрида [2].

С энергетикой на органическом топливе связывают развитие таких негативных крупномасштабных экологических явлений, как «закисление» осадков и «парниковый эффект».

На добычу и сжигание топлива приходится основной объем (более 50%) их антропогенной эмиссии [3]. По данным Международного энергетического агентства (IEA), три четверти объемов углекислого газа, образующегося в результате человеческой деятельности, выбрасывается при производстве и использовании ископаемых видов топлива [4]. Интенсивная техногенная метановая эмиссия, связанная, главным образом, с добычей и транспортировкой органического топлива, примерно на 20% обусловливает суммарный потенциал глобального потепления.

Характерная особенность энерготехнологий с нелокализуемыми отходами состоит в том, что их безопасность, а следовательно, и издержки на ее обеспечение до настоящего времени определяются только эксплуатационными характеристиками и практически, за исключением чисто символических выплат за выбросы и сбросы, не связываются с экологическими ограничениями. Экономика органической энергетики сегодня — это экономика нелокализуемых отходов, и . ее конкурентоспособность основана только на отсутствии издержек на их локализацию.

Актуальность темы В условиях становления рыночных отношений, ограниченности природных ресурсов и резкого ухудшения состояния окружающей среды возникает объективная необходимость наряду с осуществлением крупных государственных экологических программ введение в природоохранную деятельность также экономического механизма. Однако широкое использование экономических методов управления природопользованием и охраной окружающей среды сдерживается отсутствием общей методологии количественной оценки экологической опасности техногенной деятельности человека, что не позволяет в полной мере применять экономические стимулы и санкции.

Определение реальной конкурентоспособности различных энерготехнологий невозможно без учета их экологического воздействия. В настоящее время отсутствуют системные решения этой задачи. Имеющиеся концепции количественной оценки экологических возмущений от техногенных объектов приводят к выводам, которые невозможно использовать в реальной экономике, что свидетельствует об их слабой методологической основе.

Указанные недостатки вызвали потребность в разработке системных моделей и методических рекомендаций для учёта экологического фактора при планировании конкурентоспособного развития атомной энергетики. Цель работы

Разработка концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека.

Разработка полуэмпирической модели, которая позволяет формировать критерии радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и определять требования к чистоте продуктов переработки облучённого ядерного топлива (ОЯТ).

Разработка комплексного методического подхода к оценке техногенных возмущений в экосистеме.

Разработка алгоритма стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии на основе минимальной статистической базы последствий крупных аварийных воздействий.

Научная новизна

Впервые разработана концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека, которая приводит на современном уровне знаний к необоснованно завышенной внешней стоимости угольной и газовой энерготехнологий, что не позволяет использовать её для реальной оценки конкурентоспособности различных энерготехнологий.

Впервые разработана полуэмпирическая методика, которая позволяет при существующей базе данных и минимальном использовании вычислительных и программных средств формировать критерии радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и и определять требования к чистоте продуктов переработки облучённого ядерного топлива (ОЯТ).

Впервые предложен комплексный методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме, который определяет требования к базе данных, необходимых для провидения количественной оценки экологической опасности и позволяет при наличии этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от техногенных объектов.

Впервые предложен алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии на основе минимальной статистической базы последствий крупных аварийных воздействий. Практическая ценность

Разработанная концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба позволяет актуализировать внешнюю стоимость в качестве инструмента для оценки реальной конкурентоспособности различных энерготехнологий.

Разработка критериев радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья позволяет формировать требования к чистоте продуктов переработки облучённого ядерного топлива (ОЯТ), направляемых на захоронение в геологические формации и тем самым определять эколого-экономическую приемлемость того или иного способа переработки ОЯТ

Методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме определяет требования к базе данных, необходимых для провидения количественной оценки экологической опасности для населения, проживающего на территории с различными техногенными объектами, и позволяет при наличии этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от этих объектов.

Алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии позволяет детерминистски определить риск при наличии минимальной статистической базы последствий аварийного воздействия, что особенно важно для техногенных объектов, по которым представительная статистическая выборка принципиально недопустима.

На защиту выносятся

• Концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба

• Полуэмпирическая модель для формирования критериев радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья

• Методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме

• Алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии

Апробация результатов

Основные материалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях в ЦНИИАТОМинформ, НИКИЭТ, НИИАР, ФЭИ, на НТС ИБРАЭ РАН и на научных семинарах КИ и кафедры ТЭУ МГОУ.

Структура и объём работы: работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы. Диссертация изложена на

Заключение Диссертация по теме "Экология", Рачков, Максим Валерьевич

ВЫВОДЫ

1. Разработана концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека, которая приводит на современном уровне знаний к необоснованно завышенной внешней стоимости угольной и газовой энерготехнологий, что не позволяет использовать её для реальной оценки конкурентоспособности различных энерготехнологий. Показано, что величина эеологических издержек технологии, связанных с нормируемым риском определяется темпами ее совершенствования или замещения, а эти темпы, а, следовательно, и обеспечивающие их расходы зависят как от экономической способности технологии взять на себя дополнительные издержки, так и от административных планов по уменьшению ущерба от нее.

2. Разработана полуэмпирическая модель, которая позволяет при существующей базе данных и минимальном использовании вычислительных и программных средств формировать критерии радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и определять требования к чистоте продуктов переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Показано, что для современной ядерной энергетики России за приемлемое время контролируемой выдержки достижение баланса между биологической опасностью порождаемых ею РАО и потребляемого ею природного урана невозможно. Для достижения этой цели или приближение необходим переход от технологии современного ядерного топливного цикла к трансмутационному замкнутому топливному циклу, а также к рециклированию конструкционных материалов.

3. Предложен комплексный методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме, который определяет требования к базе данных, необходимых для провидения количественной оценки экологической опасности и позволяет при наличии этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от техногенных объектов.

4. Разработан алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии на основе минимальной стастистической базы последствий крупных аварийных воздействий

5. Проведена оценка влияния внешней стоимости на конкурентоспособность различных энерготехнологий. Показано, что, если выбросы парниковых газов будет квотироваться или штрафоваться, то угольная энергетика не сможет претендовать на роль крупномасштабной энерготехнологии и постепенно будет вытеснена на энергетическую периферию, а атомная энергетика получит дополнительный инвестиционный потенциал для своего развития.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Рачков, Максим Валерьевич, Москва

1. Крышев И.И., Рязаицев Е.П. Экологическая безопасность ядерно-энергетического комплекса России. М.: ИздАтДООО.

2. О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1998 г.: Гос.докл. Государственного Комитета Российской Федерации по охране окружающей среды. М.:1999, 573 с.

3. Макаров А. А. Мировая энергетика и Евразийское энергетическое пространство. М.: Энергоатомиздат, 1998.

4. International Energy Agency Statement on The Energy Dimension of Climate Change, http://iea.org/new/clim/edcc iaea.pdf

5. Белая книга ядерной энергетики/ Под ред. Е.О. Адамова. М.: ГУП НИКИЭТ, 1998.

6. Key World Energy Statistics from the IEA. 2000 Edition.

7. О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 1998 году: Государственный доклад. М.: Федеральный центр Госсанэпидемнадзора Минздрава России, 1999.

8. Винокуров Ю.И., Красноярова Б.А., Широкова .C.JI. Информационные системы как инструмент управления топливно-энергетическими ресурсами., Кузбассвузиздат, 1999. С. 35-42.

9. Ефимов K.JL, Кащенко О.В., Косарикова Т.А. Меры по сокращению выбросов парниковых газов: опыт, возможности и проблемы на региональном уровне//http//www.ic.sci-nnov.ru/nice/Journal/efim.htm

10. Ю.Щугорев В.Д., Тягненко В.А., Куцын П.В. и др. Промышленная безопасность при разработке сероводородосодержащих месторождений// Газовая промышленность. 1999. № 2. С. 62.

11. П.Мазур И.И., Мелкоян Р.Г. Проблемы обеспечения экологической безопасности населения и окружающей среды при развитии нефтегазового комплекса// Строительство трубопроводов. 1996. № 3-4. с. 18.

12. Мелкоян Р.Г. Экологические проблемы нефтегазового комплекса// Нефть, газ и бизнес. 1999. № 1-2. С. 60-64.

13. З.Гриценко А.И., Акопова Г.С. Стратегия эмиссии парниковых газов на объектах РАО «Газпром»// Региональная экология. 1998. № 2. С.22.

14. Крылов Д.А., Путинцева В.Е. Оценка выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ газовой, угольной и нефтедобывающей отраслями России// Горная промышленность. 1999. № 5. С. 6.

15. Шеховцов А. А., Звонов В.И., Чижов С.Г., и др. Топливно-энергетический комплекс России: Экологические оценки и проблемы// Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 1994. № 3. С.1-28.

16. Решение регионального совещания «Проблемы экологической безопасности нефтегазового комплекса Среднего Приобья»// http//www.ecocom.ru/Ecoconntrol/Reshenie.htm

17. О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1995 г.: Гос. докл.// Зеленый мир. Спецвыпуск. 1996. № 24-27.

18. Экология и ТЭК. Обзор. Институт глобальных проблем энергоэффективности и экологии. М., 1999, с.41.

19. Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г., Глебов В.П., Берсенев А.П. Проблемы охраны воздушного бассейна от воздействия тепловых электростанций и их решения. // Изв. РАН. Энергетика. № 5. 1997. С.5-19.

20. Итоги эксплуатации АЭС. Экспресс-релиз за полугодие каждого года. Концерн Росэнергоатом, Москва.

21. United Nations, Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change, FCCC/CP/1997/L.7/Add.l (10 December, 1997), Kyoto (1997).

22. Энергетическая стратегия России (Основные положения). ИНЭИ РАН, Москва, 1995.

23. Final report "Assessment of nuclear energy development scenarios with emphasis on greenhouse gas emissions reductions in Russia" A. Malenkov , Y. Chernilin, V. Oussanov, I. Prokopenko. Obninsk, September 2001 .

24. Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации: Доклад НКДАР ООН за 1988 г. на Генеральной Ассамблее, Т. 1. М.: Мир. 1992.

25. Экономические показатели анализа риска// Атомная энергия. 1999. Т. 87. Вып. 6. С. 486.

26. Воронин JI. М., Беркович В. М. Решение экологических вопросов при разработке новых проектов атомных электростанций с ВВЭР повышенной безопасности// Теплоэнергетика. 1991. № 2. С. 21.

27. Стекольников В. В., и др. Перспективные реакторные установки атомных станций//Энергетик. 1993. № 2. С. 8.

28. Proceedings of the International Conference on Risk Assesment of Energy Development and Modern Tehnology.

29. Белая книга ядерной энергетики/ Под общей редакцией проф. Е.О. Адамова/ М.: Изд-во ГУП НИКИЭТ. 2001.

30. Соколов Э. М., Ветров В.В., Захаров Е.И. и др. Совершенствование системы охраны труда на основе концепции профессионального риска. Тула: 1999. С. 108.

31. Состояние радиационной безопасности в Российской Федерации в 1998 г.: Радиационно-гигиенический паспорт Российской Федерации. М.:МЗ РФ, 1998.

32. Чернобыльская катастрофа/ Под редакцией В.Г. Барьяхтара. Киев: Наукова думка, 1995.

33. Ретроспективная дозиметрия участников ликвидации последствий на Чернобыльской АЭС/ Под редакцией В.П. Крючкова и А.Б. Носовского. Киев: Седа-стиль,1996.

34. Международный чернобыльский проект: Технический доклад. Оценка радиологических последствий и защитных мер. Вена: МАГАТЭ, 1992.

35. Медицинские последствия аварии на ЧАЭС: прогноз и фактические данные национального регистра. Обнинск: МРНЦ РАМН, 2000.

36. Рачков В.И., Рачков М.В. Радиационная эквивалентность РАО и урановой руды// Известия Академии Промышленной Экологии. №2. 2001.

37. Адамов Е.О. и др. Трансмутационный топливный цикл в крупномасштабной ядерной энергетике России. НИКИЭТ.1999

38. Ганев И.Х. и др. Параметры ЯТЦ и топлива быстрых реакторов. Отчёт НИКИЭТ Инв. № 450-140-5883. 2002

39. Nedderman J.Kashiwazaki-Kariwa// nucl.Engng Intern. 1996. V. 41, No. 498. P. 13-16.

40. The European Activation File: EAF-97, Biological and Transport Libraries.42. "Nuclear Electricity Generation: What Are the External Costs?." ISBN: 92-64-02153-1. OECD NEA 4372 .

41. Владимиров В.А., В.И. Измайлов Катастрофы и экология / -М.: Центр стратегических исследований МЧС; ООО «Контакт-культура», 2000.380 С.

42. Россия в окружающем мире: 1998: Аналитический ежегодник под ред. Н.НМоисеева, С.А. Степанова. М.: Изд-воМНПЭУ, 1998.-316с.

43. С.В. Белов Безопасность жизнедеятельности.- М.: Высшая школа, 2000. С.344.

44. Соломин В.В. Глобальное потепление. Планета под угрозой //Всемирный климатический форум. Эхо планеты-2000. №50/51. с. 3235.

45. В.П. Иноземцев Кризис Киотских соглашений и проблема глобального потепления климата.// Природа-2001. № 1. С.20-28.

46. И.П. Кароль, А.А. Киселев Атмосферный метан и глобальный климат/ Природа. М.: 2004. № 7. С.47-52.

47. Ибрагимов М.Х.-Г., Рачков В.И., Рачков М.В. Влияние экологических факторов на конкурентоспособность энерготехнологий на органическом топливе и атомной энергетики. Известия академии промышленной экологии № 4, 2000 г., сс. 19-25

48. Н.Ф. Ткаченко Энергетика и климат/ Экология и жизнь. М.: 2004. № 3. С. 41-47.

49. О.П. Сугой Экономическая Экология/ Наука и жизнь. М.: 2004. С. 2830.

50. Е.А. Когай Экология и здоровье человека/ Социально-гуманитарные знания. М.: 2000. № 3. С. 105-119.

51. С.А. Ушаков, Я.Г. Кац Экологическое состояние территории России./ Учебное пособие. М.: Академия.2002. С. 128.

52. А.В. Ершов, В.Н. Новиков, А.С. Гришин, С.И. Черняев Эколого-социальные и медико-биологические аспекты чрезвычайных ситуаций. /Калуга. Изд-во Н. Бочкаревой. 2001. С. 260.

53. Рачков М.В. Экономическая оценка влияния "внешней стоимости" на темпы развития атомной энергетики в конкурентном рынке. Известия академии промышленной экологии. № 4 2004 г., сс.

54. Поплавский В.М., Сидоров Г.И., Декусар В.М., Рачков М.В. Перспективы использования атомной энергии в производстве синтетических моторных топлив из угля и тяжелых нефтяных остатков.// Препринт ФЭИ. Обнинск, 2004 г.

55. Чернилин Ю.Ф., Жигульский В.В., Рачков М.В. Замедление роста атомной энергетики. Причины и последствия.// Препринт РНЦ "Курчатовский институт" ИАЭ-6323/3. Москва, 2004 г.