Геоэкологическая оценка комплексного воздействия мобильных пиковых газотурбинных электростанций на состояние окружающей среды

Черемикина, Елена Аркадьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологическая оценка комплексного воздействия мобильных пиковых газотурбинных электростанций на состояние окружающей среды
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая оценка комплексного воздействия мобильных пиковых газотурбинных электростанций на состояние окружающей среды"

На правах рукописи

Черемикина Елена Аркадьевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МОБИЛЬНЫХ ПИКОВЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

25.00.36 - Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 1 ыми 1Ш

МОСКВА-2012

005044458

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Доктор физико-математических наук Брюхань Федор Федорович

Лукьянова Татьяна Семеновна, доктор географических наук, профессор, ГОУ ВПО «Московский государственный областной университет» кафедра геологии и геоэкологии, профессор

Круподеров Владимир Степанович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии», директор

ФБУ «Научно-технический центр «Энергобезопасность»

Защита состоится 31 мая 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.07 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. № 9 «Открытая сеть».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГСУ».

Автореферат разослан 28 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Потапов Александр Дмитриевич

Актуальность темы исследования. Электроэнергетика - одна из ключевых отраслей страны, которой принадлежит определяющая роль в энергоснабжении всего народного хозяйства и населения. Наряду с решающей ролью электроэнергетики в экономическом и социальном развитии общества, отрасль обусловливает серьезные экологические проблемы в результате серьезного влияния электроэнергетического производства на окружающую среду посредством выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу, сбросов ЗВ в водные бассейны и почву, загрязнения и нарушения геологической среды, негативного воздействия на флору и фауну и других факторов.

Потребление электроэнергии в России после спада ее производства в 90-е годы в последнее десятилетие растет. При этом, пиковая нагрузка в единой энергетической системе России уже зимой 2006 г. превысила показатели 1993 г. и составила 153.1 ГВт. При недостаточно интенсивном строительстве новых электростанций и высоком уровне износа энергетического оборудования и исчерпания его ресурса имеющиеся генерирующие мощности не могут в полной мере обеспечить потребности экономики во время пиков энергопотребления. Так, в 2005 г. выработало свой парковый ресурс оборудование мощностью 74 млн кВт, а в 2010 г. - 104 млн кВт.

С целью обеспечения в энергосистеме оперативного резерва электрической мощности и покрытия пиковых нагрузок в 2006-2007 гг. в России было начато строительство мобильных пиковых газотурбинных электростанций (МПГТЭС), показавших свою эффективность более чем в 40 странах, и в первую очередь, в промышленно развитых.

МПГТЭС не являются альтернативой выработки электроэнергии на традиционных тепловых электростанциях (ТЭС). Их основное назначение заключается в резервном обеспечении потребителей электроэнергией в экстремальных ситуациях. Поэтому идеальный режим эксплуатации МПГТЭС - ее нахождение в состоянии ожидания при полной готовности подключения к энергосистеме.

Подключение МГТГТЭС к электросетям осуществляется в пиковые часы энергопотребления и лишь в аварийных ситуациях или при угрозе их возникновения. При этом суммарная продолжительность работы станции ограничивается 8 часами в сутки и 150 часами в год. Сеть МПГТЭС России (на начало 2011 г.), принадлежащих и эксплуатируемых ОАО «Мобильные ГТЭС», пред-

Рис. 2. Сеть МПГТЭС в Московском регионе

За несколько лет эксплуатации МПГТЭС в России их ввод в действие, особенно в «критических» узлах региональных энергосистем, показал свою целесообразность.

Несмотря на свою сравнительно небольшую мощность (несколько десятков МВт), а также незначительную нормативную продолжительность работы, МПГТЭС, также как и традиционные ТЭС, вносят свой вклад в загрязнение окружающей среды. Это обстоятельство вынуждает проводить детальную оценку негативного многофакторного воздействия МПГТЭС на природную среду в процессе их строительства и эксплуатации с учетом соответствующих природных и техногенных условий территорий размещения МПГТЭС:

- при обосновании предпроектной документации и подготовке материалов по оценке воздействия объекта на окружающую среду (ОВОС);

- при получении исходных данных для выполнения проектных работ, и в частности, разработки перечня мероприятий по охране окружающей среды (ПМООС);

- при разработке предложений по организации соответствующих природоохранных мероприятий.

Таким образом, всестороннее исследование геоэкологических аспектов строительства МПГТЭС непосредственно касается строительной отрасли, а их эксплуатация - жилищно-коммунального хозяйства.

В связи с тем обстоятельством, что МПГТЭС начали внедряться в России всего лишь несколько лет назад, экологические аспекты их строительства и эксплуатации практически не исследовались. Можно лишь отметить наличие соответствующих предпроектных и проектных материалов по 10 объектам (на начало 2012 г.) и приблизительно 15 научных публикаций, большей частью подготовленных автором. Вопросы экологичности МПГТЭС мало исследованы и в зарубежной литературе. Кроме того, результаты зарубежных исследований ограниченно применимы в нашей стране из-за несоответствия экологических стандартов и их увязки с нормами проектирования.

Объест исследования - геоэкологическое состояние площадок размещения МПГТЭС и прилегающих к ним территорий.

Предмет исследования - комплексная геоэкологическая характеристика компонентов природной среды территорий размещения МПГТЭС в различных регионах России.

Цель работы состоит в комплексном исследовании воздействий МПГТЭС на компоненты природной среды на основных этапах их жизненного цикла (строительства, эксплуатации, вывода из эксплуатации) и разработке предложений по организации природоохранных мероприятий и средств инженерной защиты окружающей среды от негативного воздействия МПГТЭС.

Методика исследования построена на анализе фондовых и литературных данных, материалов инженерных изысканий с учетом технологических характеристик МПГТЭС.

Основные положения, выносимые на защиту:

- комплексная геоэкологическая характеристика территорий размещения МПГТЭС (г. Пушкино, Московская обл.; пос. Рублево, г. Москва; г. Кызыл, Республика Тыва; г. Саяногорск, Республика Хакасия; г. Кодинск, Красноярский край);

- интерпретация среднегодовых концентраций выбросов ЗВ в атмосферу от нестационарного источника как критериев его воздействия на человека и окружающую природную среду;

- типовая структура предпроектных и проектных материалов ОВОС и ПМООС, учитывающая технологические особенности работы МПГТЭС;

- обоснование экологичности проектов строительства МПГТЭС в различных районах России.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются использованием современных теоретических и прикладных разработок в области строительной геоэкологии, проведением масштабных расчетов, основанных на нормативных методиках, сопоставлением результатов с данными по объектам-аналогам.

Научная новизна. Работа содержит ряд новых научных результатов. Наиболее значительные из них заключаются в том, что:

- получены результаты по оценке геоэкологического состояния территорий размещения МПГТЭС в различных регионах России;

- обоснована экологическая допустимость размещения и эксплуатации МПГТЭС с учетом действующего Российского экологического законодательства и требований нормативно-технических документов;

- дана интерпретация среднегодовых концентраций выбросов ЗВ в атмосферу от нестационарного источника как критериев его воздействия на человека и окружающую природную среду;

- установлена система приоритетов по учету факторов воздействий МПГЭС на человека и окружающую природную среду;

- предложена типовая структура предпроектных и проектных материалов ОВОС и ПМООС, относящихся к МПГТЭС;

- показана перспективность использования БУГОТ-анализа для обоснования намечаемого строительства МПГТЭС и достижения экологической и энергетической безопасности территорий с учетом природно-социо-культурных условий территорий размещения МПГТЭС и технологических характеристик МПГТЭС;

- разработан комплекс рекомендаций и предложений по инженерной защите окружающей среды и организации природоохранных мероприятий.

Практическое значение и внедрение результатов исследования. Результаты работы использованы в разработке проектов строительства 5 МПГТЭС.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной конференции «Проблемы экологии в срвременном мире в свете учения В.И. Вернадского» (г. Тамбов, 2010 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем» (г. Пенза, 2010 г.), Международной научно-технической конференции «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ» (г. Москва, 2010 г.), V Денисовских чтениях (г. Москва, 2010 г.), Всероссийской научно-технической интернет-

конференция «Экология и безопасность в техносфере» (г. Орел, 2010 г.), VII Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы экологии» (г. Тула, 2010 г.).

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе, монография [9], 5 статей - в рекомендованных ВАК научных журналах [2, 5, 6, 10, 11] и 4 статьи - в материалах конференций [3, 4, 7, 8], 1 - в других изданиях [1]. Общий объем опубликованных работ составляет 5.5 печатных листа.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах [1, 2, 9-11] заключался:

- в участии в анализе фондовых данных и материалов инженерных изысканий, обобщении результатов исследований геоэкологического состояния площадок размещения МПГТЭС;

- в интерпретации среднегодовых концентраций загрязняющих агентов в атмосфере как критериев нагрузки на атмосферу, создаваемой МПГТЭС;

- в разработке основы структуры материалов ОВОС и ПМООС, относящихся к МПГТЭС;

- в разработке комплекса предложений по организации природоохранных мероприятий и средств инженерной защиты окружающей среды.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, включающего 108 наименования. Диссертация изложена на 138 страницах и содержит 4 рисунка, 34 таблицы.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю Ф.Ф. Брюханю - профессору кафедры пожарной безопасности МГСУ, доктору физико-математических наук за проявленное внимание и всестороннюю помощь при выполнении диссертационной работы; М.В. Графки-ной, заведующей кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности МГТУ «МАМИ», доктору технических наук, профессору за полезные замечания и предложения; В.П. Некрасову, главному специалисту Института «Тепло-электропроект» за консультации и плодотворное сотрудничество.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель, основные положения, выносимые на защиту, указана научная новизна работы.

Первая глава «Состояние изученности вопроса и задачи исследования» посвящена анализу состояния энергетической отрасли России, основным приоритетом которой является обеспечение энергетической безопасности регионов и страны в целом. Отмечено, что энергопотребление за последние годы существенно выросло при значительной выработке паркового ресурса энергетического оборудования, и в настоящее время генерирующие мощности России не могут в полной мере обеспечить потребности экономики во время пиков энергопотребления. Показано, что эффективным средством временного решения проблемы энергодефицита является внедрение МПГТЭС.

МПГТЭС представляет собой передвижной аналог стационарной электростанции, который можно перемещать с одной специально подготовленной площадки на другую. МПГТЭС используются в качестве временного источника дополнительной мощности до окончания строительства новых генерирующих мощностей и реконструкции существующих. Режим эксплуатации МПГТЭС предусматривает их работу в пиковые часы энергопотребления. При этом они используются только в аварийной ситуации или при угрозе ее возникновения.

Несмотря на свою относительно небольшую мощность и незначительную нормативную продолжительность работы, МПГТЭС вносят существенный вклад в загрязнение окружающей среды при выработке единицы (I кВтч) электроэнергии (см. табл. 1). Это обстоятельство вынуждает проводить детальную оценку нагрузок на окружающую среду, создаваемых МПГТЭС на различных стадиях их жизненного цикла, с учетом соответствующих природных и техногенных условий территорий размещения МПГТЭС.

В главе проанализированы основные особенности и технологические характеристики мобильных газотурбинных установок (ГТУ), работающих по открытому циклу. При стандартных условиях (погодных и задаваемых техноло-

гических) основные гарантированные технологические характеристики ГТУ при базовой нагрузке составляют:

- выходная электрическая мощность «нетто» 22.49 МВт;

- электрический КПД «нетто» 36 %;

- удельный расход тепла «нетто» 2362 ккал/кВтч.

Таблица 1

Количественные характеристики основных видов загрязнений при выработке 1 кйтч электроэнергии на МПГТЭС (на одну ГТУ) и на традиционных ТЭС

Загрязнения МПГТЭС Традиционные ТЭС

угольные мазутные газовые

Выбросы ЗВ в атмосферу, г 1.3-6.5 2.5-3.5 1.5-1.6 1.2-1.4

Сбросы загрязненных сточных вод, л 03 8-10 4-6 2-3

Отходы, г 0.2 15-25 7-9 2-5

Отмечаются основные факторы негативного воздействия МПГТЭС на компоненты окружающей среды, к которым относятся:

- загрязнение атмосферного воздуха;

- загрязнение поверхностных и подземных вод;

- загрязнение почвы;

- нарушение геологической среды, захламление ее твердыми отходами;

- акустическое загрязнение;

- тепловое загрязнение;

- электромагнитное загрязнение.

Определена необходимость разработки комплекса природоохранных мероприятий при строительстве и эксплуатации МПГТЭС, направленных на минимизацию негативного воздействия проектируемых мобильной ГТЭС на окружающую среду.

Проведенный в главе анализ позволил сформулировать следующие основные задачи исследования:

- сбор и анализ фондовых и литературных данных о природно-социо-культурных условиях территорий предполагаемого строительства МПГТЭС, материалов инженерных изысканий и технологических характеристик

МПГТЭС для разработки предпроектных и проектных материалов ОВОС и ПМООС;

- расчеты полей концентраций ЗВ а атмосфере, объема загрязненных вод, количества твердых отходов, акустических полей в процессе строительства МПГТЭС и их эксплуатации;

- анализ комплексного воздействия МПГТЭС на компоненты природной среды и человека, установление системы приоритетов по учету факторов негативных воздействий МПГЭС;

- интерпретация среднегодовых концентраций выбросов ЗВ в атмосферу при работе МПГТЭС как критериев воздействия МПГТЭС на человека и окружающую природную среду;

- разработка типовой структуры предпроектных и проектных материалов ОВОС и ПМООС, относящихся к обоснованию экологичности строительства МПГТЭС и разработке природоохранных мероприятий;

- установление экологической допустимости размещения и эксплуатации МПГТЭС с учетом действующего Российского экологического законодательства и требований нормативно-технических документов;

- разработка комплекса предложений по организации природоохранных мероприятий и средств инженерной защиты окружающей среды.

Во 2-й главе «Методическая основа исследования» дается краткое описание методик, использованных при выполнении работы, учитывающих особенности природно-техногенных условий, этапов проектирования и специфики МПГТЭС.

Отмечается, что работе использовались в основном стандартные методики и соответствующее лицензированное программное обеспечение. Это обстоятельство в известной мере обеспечивает достоверные результаты расчетов.

Далее в главе излагаются результаты, касающиеся построения типовой структуры материалов ОВОС и ПМООС (см. табл. 2, 3). Такая структура предложена на основе опыта автора при разработке материалов ОВОС и

ПМООС для строительства МПГТЭС в г. Пушкино, пос. Рублево, г. Кызыл, г. Саяногорск, г. Кодинск.

Как уже отмечалось, суммарная продолжительность работы МПГТЭС в течение годы незначительна. Поэтому ни максимально разовая Смр, ни

среднесуточная Ссг концентрации ЗВ в атмосферном воздухе не определяют фактическое воздействие загрязнений от МПГТЭС на человека, фауну и флору, а также на загрязнение почвы, поверхностных и подземных вод.

Таблица 2

Структура материалов ОВОС _Разделы ОВОС _

Введение

1. Описание инвестиционного проекта

1.1. Цели инвестиций и обоснование необходимости намечаемой хозяйственной деятельности

1.2. Характеристика намечаемой деятельности (описание технологии, основных объектов строительства, характеристика транспортной сети и инженерных коммуникаций, обеспеченность ресурсами)

1.3. Анализ альтернативных вариантов достижения цели намечаемой деятельности (отказ от намечаемой деятельности, размещение МПГТЭС на другой площадке, частичное изменение намечаемого вида деятельности)

2. Нормативно-правовая база оценки воздействия на окружающую среду

3. Состояние окружающей среды в районе размещения проектируемого объекта

3.1. Общие сведения о районе размещения площадки строительства

3.2. Описание исходной экологической обстановки (основные источники загрязнения природной среды, климатические условия, поверхностные воды, почвы, растительный и животный мир, хозяйственное использование территории, социальная сфера, демографическая характеристика, объекты историко-культурного наследия, особо охраняемые природные территории)

3.3. Воздействие на почвенно-растительный покров и структура землепользования

4. Воздействие проектируемого объекта на окружающую среду

4.1. Воздействие на окружающую среду на стадиях подготовки к строительству, строительства и демонтажа МПГТЭС _

4.2. Воздействие на окружающую среду при эксплуатации МПГТЭС

4.3. Социальные аспекты намечаемой деятельности

5. Предложения по организации локального экологического мониторинга

6. Аварийные ситуации

6.1. Причины возникновения и зоны действия основных поражающих факторов при авариях на участке хранения топлива

6.2. Причины возникновения и зоны действия основных поражающих факторов при авариях, связанных с пожарами

Выводы

Приложения________

Поэтому в главе обосновывается необходимость использования среднегодовых концентраций выбросов ЗВ в атмосферу при эксплуатации МПГТЭС. Наиболее объективной характеристикой негативного воздействия техногенного

загрязненного воздуха может служить суммарная (проинтегрированная по времени) концентрация за заданный период времени г:

/(г,р) = |с(г,^/)А, (!)

где С(г,<р, 0 - измеренная либо расчетная концентрация ЗВ в момент времени Г в точке с полярными координатами г и <р относительно источника, помещенного в начало координат. Текущая концентрация С(г,<р, 0 определяется задаваемым графиком работы промышленного объекта. Количество ЗВ, проникающих в организм человека в результате дыхания, пропорционально проинтегрированной по времени концентрации (ПВК).

Таблица 3

Структура материалов ПМООС

_Разделы ОВОС_

Введение

1. Общие положения н исходные данные

1.1. Основание для разработки проекта

1.2. Общая характеристика местоположения объекта

1.3. Природная характеристика площадки строительства (климатические условия, состояние поверхностных и подземных вод, почвы, растительности и животного мира)

1.4. Краткая технологическая характеристика объекта (общая характеристика МПГТЭС и основного оборудования, характеристика топлива)

2. Источники и виды воздействия МПГТЭС яа окружающую среду и мероприятия по ее охране

2.1. Охрана воздушного бассейна

2.1.1. Существующий уровень загрязнения атмосферы

2.1.2. Воздействие на атмосферный воздух в период строительства

2.1.3. Характеристика выбросов ЗВ от дымовых труб энергоблоков

2.1.4. Характеристика выбросов ЗВ от низких источников

2.1.5. Перечень ЗВ, выбрасываемых в атмосферу при штатном режиме работа

2.1.6. Расчеты и анализ уровня загрязнения атмосферы

2.1.7. Предложения по нормативам ПДВ

2.1.8. Инженерные решения по уменьшению выбросов ЗВ в атмосферу

2.2. Охрана водного бассейна

2.2.1. Источники загрязнения поверхностных и подземных вод

2.2.2. Мероприятия по охране водных ресурсов

2.2.3. Характеристика источника технического водоснабжения (при использовании технологии БЕЖЗХ)

2.2.4. Водоподготовка

2.2.5. Водоснабжение и водоотведение

2.3. Утилизация твердых отходов

2.3.1. Отходы в период строительства

2.3.2. Отходы при эксплуатации объекта

2.3.3. Характеристика мест временного накопления отходов на территории объекта

2.4. Защита от шумового воздействия

2.4.1. Шумовые характеристики оборудования

2.4.2. Акустический расчет _________

3. Мероприятия по охране окружающей среды при строительстве и эксплуатации МПГТЭС Выводы

Приложения_____._._

Воздействие ЗВ на организм человека при функционировании загрязняющего объекта довольно продолжительно во времени. Поэтому в практических оценках биологического воздействия вместо величины 1{г,<р) проще

использовать среднегодовую концентрацию С(г,<р)\

= ОА, <2>

где Т - продолжительность года.

При оценках экологической опасности нестационарного объекта загрязнения следует принимать во внимание две величины - индивидуальное годовое воздействие Би(г,<р) на человека, проживающего в точке с координатами г и

ср относительно точки расположения источника загрязнения, и коллективное годовое воздействие Бк на население, проживающее в районе размещения

источника:

Ои(г,ф) = ТС(г,ср), Ок=Т2ЦгС(г,<р)р(г,<р)с1гс1<р. (3)

о о

Здесь р(г,ср) — плотность населения.

Сравнительный анализ индивидуальных и коллективных воздействий на население г. Кызыл от работы Кызылской ТЭЦ и МПГТЭС показывает, что индивидуальные годовые воздействия в точках достижения максимальных концентраций ЗВ в пределах жилой застройки от обоих объектов соизмеримы для всех загрязняющих компонентов (см. табл. 4). При этом коллективные воздействия, оказываемые на население со стороны МПГТЭС, значительно меньшие воздействий от ТЭЦ. Такое различие связано с незначительной продолжительностью работы МПГТЭС в сравнении с ТЭЦ.

Что же касается рисков поражения фауны и флоры, а также уровней загрязнения почвы, поверхностных и подземных вод от длительного воздействия источников загрязнения воздуха, можно в первом приближении предполагать, что они пропорциональны ПВК загрязняющих агентов.

Таблица 4

Результаты расчета индивидуальных годовых воздействий Кызылской ТЭЦ и МПГТЭС на человека в точках максимальных концентраций ЗВ н коллективных годовых воздействий на население г. Кызыл

ЗВ Индивидуальное годовое воздействие, (ш7м')*год Коллективное годовое воздействие, (мг/м')хчсл.*год

Кызылская ТЭЦ

ЭОг 0.085 3020

N02 0.150 5210

N0 0.029 1040

СО 0.015 540

МПГТЭС

БОг 0.025 10.2

мо2 0.120 48.8

N0 0.019 7.8

СО 0.011 4.5

В 3-й главе «Геоэкологические последствия строительства и эксплуатации МПГТЭС в различных природных условиях России» приводятся результаты комплексного исследования воздействия МПГТЭС на компоненты природной среды. Дается характеристика природно-социо-культурных условий исследованных площадок строительства МПГТЭС (в г. Пушкино, пос. Рублево, г. Кызыл, г. Саяногорск, г. Кодинск) и прилегающих к ним территорий, проводится анализ количественных характеристик воздействия МПГТЭС на природную среду на этапах строительства МПГТЭС, их эксплуатации и вывода из эксплуатации (демонтажа).

Отмечается, что сеть МПГТЭС, действующая в настоящее время на территории России, включает 8 станций, еще по 2 завершены проектные работы. При участии автора выполнялись работы по экологическому обоснованию строительства 5 станций, 4 из которых введены в эксплуатацию. Предпроект-ные и проектные материалы по всем 5 объектам успешно прошли государственную экологическую экспертизу.

Негативное воздействие МПГТЭС на окружающую среду происходит на следующих этапах жизненного цикла МПГТЭС: при производстве строитель-пых работ, ее эксплуатации и демонтажа.

Этап строительных работ. На стадиях подготовки к строительству и при строительстве МПГТЭС происходят следующие основные воздействия: загрязнение атмосферного воздуха и акустическое воздействие при работе транспорта и строительной техники, загрязнение атмосферы при производстве сварочных и окрасочных работ, загрязнение поверхностных и подземных вод, нарушение геологической среды, образование строительных отходов.

По перечисленным ранее 5 объектам на основе климатических данных температуры и ветра, а также фоновых значений концентраций ЗВ в атмосфере, были рассчитаны поля их максимальных разовых концентраций в период строительства. Было установлено, что загрязнение атмосферного воздуха в период строительства от работы дорожно-строительной техники и автотранспорта, проведения сварочных и окрасочных работ незначительны. Уровень загрязнения атмосферы по основным загрязняющим агентам не превышает 0.1 долей ПДК.

Шумовое воздействие в период строительства связано с работой строительной техники. Было установлено, что при существующем удалении ближайших жилых домов от площадок МПГТЭС и непродолжительности воздействия периодом строительства (30-40 дней), оно оценено как незначимое и не требует уточненной количественной оценки. Эквивалентный уровень шума возле ближайших к исследованным 5 площадкам домов изменяется в пределах 5-10 дБА и не превышает установленных санитарных норм.

Вода, используемая на хозяйственно-бытовые нужды - привозная. Ее расход на весь период строительства незначителен и составляет всего несколько кубометров на каждую площадку. Соответственно, пренебрежимо мал объем сточных вод.

Производство строительных работ включает разработку котлована, засыпку и нивелировку площадки, дренирование поверхности площадки, технический и биологический этап рекультивации. Всего за период строительства образуется 0.12-0.50 т отходов, которые в соответствии с проектом организации строительства вывозятся с территории площадок.

Таким образом, технология проведения строительных работ не оказывает существенного влияния на состояние атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, геологической среды и не создает значимого шумового воздействия.

Этап эксплуатации МПГТЭС. Основным источником выбросов от ГТУ является устройство выхлопа, из которого происходит выброс продуктов сгорания керосина (оксида и диоксида азота, диоксида серы, угарного газа, углеводородов, взвешенных веществ) в атмосферу. Проведенные расчеты полей концентраций оксида и диоксида азота с учетом их фоновых значений указали на необходимость в ряде случаев (для площадок Пушкинской и Рублевской МПГТС) подавления соединений азота технологией ЭЕЫОХ (впрыска обессоленной воды в камеру сгорания ГТУ). Расчетные концентраций ЗВ от выбросов из дымовых труб МПГТЭС даны в табл. 5.

Таблица 5

Расчетные концентрации ЗВ от выбросов из дымовых труб МПГТЭС в точках максимальных концентраций без учета фоновых значений

МПГТС Концентрации (в долях ПДК)

БО, ко2 N0 со взвешенные вещества

Пушкино, 3x22.5 МВт 0.042 0.049 0.011 0.024 <0.01

Рублево, 3*22.5 МВт 0.051 0.062 0.011 0.028 <0.01

Кызыл, 22.5 МВт 0.021 0.033 0.011 0.012 <0.01

Саяногорск, 22.5 МВт 0.021 0.033 0.011 0.012 <0.01

Кодинск, 22.5 МВт 0.021 0.033 0011 0.012 <0.01

Другой источник загрязнения атмосферного воздуха - выброс паров керосина, происходящий при пополнении топливных резервуаров МПГТЭС.

Расчет полей концентраций ЗВ от работы ГТУ и при заправке топливных резервуаров керосином показал, что приземные концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, ниже ПДК для жилой зоны.

Выполненные акустические расчеты показали, что для жилых застроек вблизи исследованных площадок уровни шума составляют 25-30 дБА и не превышают установленных санитарных норм.

При эксплуатации МПГТЭС вода используется как для производственных нужд (водоподготовки с вариантом технологии ОЕЫОХ, периодической промывки оборудования), так и хозяйственно-питьевого водоснабжения. Годовое водопотребление с вариантом ПЕЫОХ составляет 1240 м3, без технологии БЕЫОХ- 5 м3.

Производственные стоки включают периодические и аварийные. К первым относятся ливневые стоки, стоки от промывки оборудования, к аварийным - проливы топлива. Годовой объем периодических стоков составляет 12-25 м\ аварийных не более 25 м3.

Твердые отходы в период эксплуатации МПГТЭС включают производственный мусор, отработанные расходные материалы, смет с территории площадки. В течение года образуется 0.7-1.7 т твердых отходов, подлежащих вывозу.

Этап вывода МПГТЭС эксплуатации. Характер загрязнения природной среды при выводе МПГТЭС из эксплуатации аналогичен этапу выполнения строительных работ. Однако комплексное воздействие данного этапа менее значительно, чем этапа строительства и не требует количественных оценок.

Пригодность площадок размещения МПГТЭС подтверждается не только количественными оценками комплексного воздействия МПГТЭС, но и качественными результатами SWOT-aнaлизa,, широко применяемого при принятии решений в процессе стратегического планирования. Проведенный 8\УОТ-ана-лиз состояния природно-социально-производственных систем территорий намечаемого строительства МПГТЭС позволил выделить сильные и слабые стороны, внешние угрозы и возможности. Соответствующая матрица приведена в табл. 6.

Результаты 8"№ОТ-анализа позволили установить допустимость уровня техногенного воздействия МПГТЭС на окружающую среду в процессе их строительства и эксплуатации.

Аббревиатура SWOT обязана своим происхождением 4 англоязычным словам: сила — strength, слабость - weakness, возможности - opportunity и угрозы - threat.

Опыт разработки предпроектной и проектной документации позволил разработать типовую структуру материалов ОВОС и ПМООС, описанную в главе 2.

Таблица 6

Матрица ЗУ/ОТ-анаїиза намечаемого строительства МПГТЭС

в (сильные стороны) \У (слабые стороны)

Географическое положение размещения площадок МПГТЭС вне зон проявления экстремальных природных явлений. в2. Мобильность и оперативность ввода в эксплуатацию (период строительства и ввода в эксплуатацию - не более 20-40 дней в зависимости от числа энергоблоков). БЗ. Потребность в минимальных водных ресурсах (при варианте работы без технологии ОЕКЮХ) - не более 5 м'/год. Э4. Практическое отсутствие загрязненных сточных вод - не более 50 м'/год. 85. Выгодное экономико-географическое положение относительно существующей транспортной и электросетевой инфраструктуры. МПГТЭС обеспечит необходимый резерв электрической мощности и усилит надежность энергосистемы региона. Б7. Сооружение и ввод МПГТЭС в эксплуатацию создаст новые рабочие места. Б8. Принятые управленческие и технологические решения по экологически безопасному размещению объекта. Наличие необходимых специалистов. 810. Сооружение МПГЭС не потребует дополнительного землеотвода. \У1. Сжигание топлива в процессе работы МПГТЭС повысит уровень загрязнения воздуха (до 0.06 ПДК по N0,, до 0.05 ПДК по БОх, до 0.02 ПДК по СО). 4/2. Произойдет усиление акустических полей в зоне жилой застройки (приблизительно на 5-10 дБА). ШЗ. Высокая температура отходящих газов вызовет локальное тепловое загрязнение на площадке МПГТЭС. \У4. Отсутствие непрерывной системы мониторинга техногенного загрязнения. \У5. Слабая интеграция между промышленными предприятиями региона по решению экологических проблем и использованию природных ресурсов.

О (возможности) Т (внешние угрозы)

01. Прогнознруемость эколого-социально-экономической ситуации. 02. Экономическое стимулирование внедрения ресурсосберегающих и экологичных технологий. 03. Рост реального спроса на качественную экологическую среду. 04. Внедрение технологий, ограничивающих выбросы ЗВ и шумовое воздействие. Т1. Дефицит инвестиций в строительство МПГТЭС. Т2. Кризисное и/или неустойчивое положение экономики регионов намечаемого строительства. ТЗ. Эффекты совокупного техногенного воздействия на окружающую среду.

4-я глава «Инженерная защита природной среды от воздействия

МПГТЭС и природоохранные мероприятия» посвящена следующим вопросам:

- ранжированию приоритетов по учету воздействий МПГТЭС на природную среду;

- разработке предложений по инженерной защите природной среды от воздействия МПГТЭС и организации соответствующих природоохранных мероприятий;

- всесторонней оценке перспектив развития сети МПГТЭС в России.

Анализ характера негативных воздействий МПГТЭС на природную среду

и их количественных характеристик с учетом опыта геоэкологического обоснования строительства МПГТЭС позволяет ранжировать эти воздействия экспертно-аналитическим методом для их последующего учета в практике экологического проектирования. Ранжирование негативных воздействий МПГТЭС определяет систему приоритетов по их учету при оптимизации разработки инженерной защиты природной среды и организации природоохранных мероприятий на различных этапах жизненного цикла МПГТЭС.

Итоговая таблица рангов воздействий приведена ниже (см. табл. 7). В ней указаны ранги негативных воздействий МПГТЭС на человека и компоненты природной среды при двух вариантах технологии сжигания топлива - с технологией DENOX и без нее. Чем выше ранг (степень) воздействия, тем выше его значимость.

Данные, представленные в табл. 7, позволяют оптимально установить приоритеты при исследовании компонентов природной среды в рамках работ, предусмотренных процедурой ОВОС. Кроме того, схема ранжирования позволяет оптимизировать разработку технических решений защиты окружающей среды и природоохранных мероприятий при подготовке ПМООС в составе проектной документации.

С учетом вышесказанного, функциональное назначение схемы ранжирования негативных воздействий МПГТЭС можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 3.

Необходимо отметить, что при оптимальном выборе вариантов инженерной защиты окружающей среды, основанном на результатах ОВОС и предлагаемой схемы ранжирования, можно достичь высокого экономического

эффекта, поскольку стоимость реализации различных природоохранных технологий и их эксплуатации изменяется в широких пределах.

Результаты, полученные в главе 3, позволили предложить ряд рекомендаций и предложений по разработке средств инженерной защиты окружающей среды и природоохранных мероприятий в составе ПМООС. В обобщенном виде эти рекомендации и предложения представлены в табл. 8.

Таблица 7

Ранжирование факторов воздействий МПГТЭС по степени их влияния на человека и окружающую природную среду

Факторы воздействий

Варианты технологии сжигания топлива

с технологией ОЕЫОХ

без технологии ИШОХ

Загрязнение атмосферы

Общее количество выбросов 1 '

N0, М ¡-2

во, 12 •!

СО и 13

Твердые частицы I-4 14

Бодопотребление и загрязнение поверхностных вод Водолотребление 3 11

Загрязнение поверхностных вод б

Загрязнение в нарушение земель и геологической среды Загрязнение почв и грунтов ^ $

Загрязнение подземных вод 8 '

Нарушение плодородного слоя почвы 5 4

Нарушение геологической среды 9

Складирование и захоронение отходов 4 3

Физические факторы

Шум 2 2

Тепловое воздействие на атмосферу Ю

ЭМП ___П__

Схема ранжирования факторов негативных воздействий МПГТЭС Установление рангов негативных воздействий МПГТЭС

Задание приоритетов по учету факторов негативных воздействий при разработке материалов ОВОС и ПМООС

Оптимизация разработки инженерной защиты окружающей среды и природоохранных мероприятий

Рис. 3. Функциональное назначение схемы ранжирования факторов негативных воздействий МПГТЭС

Таблица 8

Основные рекомендации и предложения по инженерной защите окружающей среды и природоохранным мероприятиям в составе ПМООС на различных этапах жизненного цикла МПГТЭС

Этапы жизненного цикла

Рекомендации и предложения

Строительство 1. Учет и ликвидация источников загрязнения в районе площадки и на прилегающей территории.

2. Содержание территории строительства в надлежащем порядке, контроль за периодичностью вывоза отходов. Запрет на мойку машин и механизмов на строительной площадке.

3. Организация специальной зоны для стоянки автотранспорта и строительной техники.

4. Соблюдение технического регламента при проведении строительных работ.

Эксплуатация 1. Принятие решения об использовании технологии ОЕЖ)Х с учетом расчета полей концентраций ЗВ.

2. Организация возврата паров керосина в автоцистерну при заправке топливных резервуаров через узел рециркуляции паров.

3. Сбор загрязненных сточных вод в дренажные емкости и их вывоз на утилизацию.

4. Разработка регламента по временному хранению отходов на площадке и сроков их вывоза.

5. Принятие решения о пригодности площадки по шумовому воздействию с учетом результатов акустических расчетов для существующей жилой застройки. Разработка технологических решений по шумопоглощению ГТУ.

Демонтаж 1. Содержание территории в надлежащем порядке, контроль за периодично-

стью вывоза оборудования и отходов. Запрет на мойку машин и механизмов из строительной площадке.

2. Организация специальной зоны для стоянки автотранспорта и строительной техники.

3. Соблюдение технического регламента при проведении демонтажных работ.

Далее в главе оцениваются перспективам развития сети МПГТЭС в России с учетом планируемого ввода в действие новых генерирующих мощностей. Отмечается, что даже при наличии бездефицитных мощностей потребность в строительстве новых МПГТЭС сохранится. Такая потребность обусловлена возможностью выхода из строя генерирующих единиц вследствие экстремальных природных явлений и техногенных аварий.

В Приложении представлены акты о внедрении результатов диссертации.

Заключение содержит перечень основных результатов, полученных в работе и общие выводы:

1. Выполнена комплексная количественная и качественная оценка геоэкологических условий территорий размещения МПГТЭС в различных регионах России. Подобное исследование для территорий размещения 5 МПГТЭС (г. Пушкино, пос. Рублево, г. Кызыл, г. Саяногорск, г. Кодинск) выполнено впервые.

2. Впервые обоснована необходимость использования среднегодовых концентраций выбросов ЗВ в атмосферу при работе МПГТЭС как критериев их воздействия на человека и окружающую природную среду.

3. Впервые разработана типовая структура предпроектных и проектных материалов ОВОС и ПМООС, относящихся к МПГТЭС.

4. Впервые дано обоснование экологичности проектов строительства МПГТЭС в различных регионах России на основе SWOT-анализа и установлена пригодность площадок МПГТЭС для их строительства с учетом природно-социо-культурных условий территорий и технологических характеристик МПГТЭС.

5. Впервые установлена система приоритетов по учету факторов негативных воздействий МПГТЭС на человека и окружающую природную среду, позволившая разработать комплекс рекомендаций и предложений по инженерной защите окружающей среды и природоохранным мероприятиям.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Брюхань А.Ф., Черемикина Е.А. Оценка экологичности проекта временного размещения мобильных пиковых газотурбинных электростанций в Московском регионе // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. «Естественные науки». 2007. № 2. С. 109-114.

2. Брюхань Ф.Ф., Черемикина Е.А, Оценка экологичности проекта строительства мобильной пиковой газотурбинной электростанции в Республике Тыва // Вестник МГСУ. 2010. № 2. С. 115-119.

3. Черемикина Е.А. Программа экологического мониторинга при эксплуатации мобильных газотурбинных электростанций (ГТЭС) // Сборник статей IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем». Пенза, 2010. С. 124-127.

4. Черемикина Е.А. Природоохранные мероприятия в процессе монтажа и эксплуатации мобильных передвижных газотурбинных электростанций

(МПГТЭС) // Материалы международной конференции «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского». Тамбов, 2010. С. 224-227.

5. Черемпкина Е.А. Комплексная оценка влияния мобильных пиковых газотурбинных электростанций на природную среду в процессе их монтажа и эксплуатации // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. «Естественные науки». 2010. № 3. С. 136-140.

6. Черемикина Е.А. Природоохранные мероприятия в процессе монтажа и эксплуатации мобильных пиковых газотурбинных электростанций // Вестник МГСУ. 2010. № 4. С. 290-293.

7. Черемикина Е.А. Акустические воздействия и шумозащитные мероприятия при эксплуатации мобильных пиковых газотурбинных электростанций // Материалы международной научно-технической конференции «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». Кн. 10. - М.-. МГТУ «МАМИ», 2010. С. 137-139.

8. Черемикина Е.А. Ранжирование типов воздействий мобильных пиковых газотурбинных электростанций на компоненты природной среды по степени их значимости // Сборник докладов на VII Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы экологии». Тула, 2010. С. 39-41.

9. Брюхань А.Ф., Черемикина Е.А. Мобильные пиковые газотурбинные электростанции и окружающая среда // М.: Форум, 2011. —128 с.

10. Брюхань А.Ф., Черемикина Е.А. Типовое содержание материалов ОВОС и раздела проекта «Охрана окружающей среды» временного размещения мобильных пиковых газотурбинных электростанций // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. «Естественные науки». 2011. № 2. С. 126-128.

11. Брюхань А.Ф., Черемикина Е.А, Среднегодовая концентрация загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от нестационарного источника, как критерий его воздействия на человека и окружающую природную среду // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. «Естественные науки». 2011. Ха 2. С. 129-134.

ЧЕРЕМКИНА ЕЛЕНА АРКАДЬЕВНА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 24.03.12г Заказ Б-92-12 Тираж 150

Бумага типографская 80 г/м2_Формат 60x90x1/16_

МГТУ «МАМИ», Москва, 107023, Б. Семеновская ул., д. 38

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Черемикина, Елена Аркадьевна, Москва

61 12-5/3694

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ»

УНИВЕРСИТЕТ (ФГБОУ ВПО «МГСУ»)

На правах рукописи

Черемикина Елена Аркадьевна

25.00.36 - геоэкология (в строительстве и ЖКХ)

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Брюхань Ф.Ф.

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 13

1.1. Особенности МПГТЭС как источника электроэнергии 13

1.1.1. Роль МПГТЭС в обеспечении резервных генерирующих мощностей 14

1.1.2. Основные технические характеристики МПГТЭС 16

1.2. Факторы негативного воздействия МПГТЭС на компоненты природной среды 21

1.2.1. Загрязнение воздушной среды 23

1.2.2. Загрязнение поверхностных и подземных вод 29

1.2.3. Воздействие на почву и геологическую среду 30

1.2.4. Образование отходов 32

1.2.5. Акустическое загрязнение 33

1.2.6. Тепловое загрязнение 35

1.2.7. Электромагнитное загрязнение 36

1.3. Природоохранные мероприятия в процессе строительства и эксплуатации МПГТЭС 37

1.4. Задачи исследования 39 Заключение к главе 1 40

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ОСНОВА ИССЛЕДОВАНИЯ 42

2.1. Территория исследования и система исходных данных 42

2.2. Состав инженерно-изыскательских работ 45

2.3. Расчетные методики 46

2.4. Типовое содержание материалов ОВОС и раздела проекта «Перечень мероприятий по охране окружающей среды» 47

2.5. Воздействие МПГТЭС как нестационарного энергетического объекта 51

Заключение к главе 2 57

3. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ МПГТЭС В РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ

Стр.

УСЛОВИЯХ РОССИИ 59

3.1. Сеть МПГТЭС России 59

3.2. Общая характеристика природно-техногенных условий территорий размещения МПГТЭС 61

3.3. Строительство МПГТЭС 86

3.4. Эксплуатация МПГТЭС 92

3.5. Вывод МПГТЭС из эксплуатации 98

3.6. SWOT-анализ состояния природно-социально-производ-ственных систем территорий намечаемого строительства МПГТЭС 100

Заключение к главе 3 105

4. ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ МПГТЭС И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СЕТИ МПГТЭС 106

4.1. Ранжирование типов воздействий МПГТЭС на компоненты природной среды по степени их значимости 106

4.2. Инженерная защита окружающей среды и природоохранные мероприятия при строительстве и эксплуатации МПГТЭС 108

4.2.1. Строительство МПГТЭС 109

4.2.2. Эксплуатация МПГТЭС 111

4.3. Перспективы развития сети МПГТЭС в России 118 Заключение к главе 4 120

ВЫВОДЫ 121

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 124

Приложение. Акты о внедрении научных результатов диссертации 134

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Насущной проблемой человечества в последние десятилетия в связи с развитием научно-технического прогресса, быстрым ростом экономики и, как следствие, резким увеличением антропогенной нагрузки, стало сохранение среды обитания. Энергетика, рост которой обусловливает рост экономического развития и благосостояния страны в целом, вносит значительный вклад в загрязнение атмосферы выбросами продуктов сгорания топлива, сбросами сточных вод в водные объекты, использованием больших территорий для размещения отходов.

Основная роль в производстве электроэнергии в нашей стране принадлежит тепловой энергетике [1]. Энергетическая отрасль также играет ведущую роль в производстве электроэнергии в глобальном масштабе [100, 101].

Электроэнергетика - одна из базовых отраслей российской экономики, обеспечивающая как внутренние потребности народного хозяйства и населения, так и экспорт электроэнергии в страны СНГ и дальнего зарубежья [83, 96, 97]. Одним из основных приоритетов электроэнергетики является обеспечение энергетической безопасности отдельных регионов и страны в целом.

Потребление электроэнергии в России после спада 1990-1998 гг. в 2000-2005 гг. неуклонно росло и в 2005 г. достигло уровня 1993 г. При этом пиковая нагрузка в Единой Энергетической Системе России зимой 2006 г. превысила показатели 1993 г. и составила 153.1 ГВт. При этом уже в 2005 г. выработало свой парковый ресурс оборудование мощностью 74 млн кВт, в 2010 г. - 104 млн кВт. Таким образом, в настоящее время генерирующие мощности России не могут в полной мере обеспечить потребности экономики во время пиков энергопотребления [23,25, 95].

Неравномерный рост энергопотребления в различных регионах России в 1999-2005 гг. и сохранение неравномерности его прироста в 2006-2010 и в последующие годы при практически неизменной структуре генерирующих мощностей усугубляет дефицит мощностей во время пиков энергопотребле-

ния. В настоящее время потребность в генерирующих мощностях в России оценивается в 196 ГВт, что меньше существующих мощностей энергосистемы России. В случае сохранения уровня инвестиционной активности и динамики обновления генерирующих мощностей возможно возникновение системного дефицита электроэнергии в большинстве регионов страны в период пикового энергопотребления, аналогичного ситуации 2006 г. [56].

Одним из лидеров энергопотребления в нашей стране является Московский регион, где дефицит электроэнергии составляет 8-10% при практически полном отсутствии резервных электрических мощностей. Особенно остро дефицит электроэнергии проявляется в зимний период при низких температурах воздуха, что чревато аварийными отключениями мощностей, подаваемых потребителям [8, 16]. После аварии на Саяно-Шушенской ГЭС и ее остановки значительно усложнилась ситуация и в Сибири - пострадали Красноярский край и Республика Хакасия, где расположены несколько крупных алюминиевых предприятий и ряд других энергоемких производств.

Весьма эффективным средством временного решения проблемы энергодефицита, зарекомендовавшим себя в последнее десятилетие в промыш-ленно развитых странах мира, является внедрение мобильных пиковых газотурбинных электростанций (МПГТЭС). Для реализации такой задачи в 2006 г. РАО «ЕЭС России» учредило дочернюю компанию ОАО «Мобильные ГТЭС». Первым этапом внедрения МПГТЭС с целью создания в энергосистеме оперативного резерва электрической мощности и покрытия пиковых нагрузок явилось строительство МПГТЭС в Московском регионе [8, 9]. За два года эксплуатации МПГТЭС (2006-2008 гг.) в этом регионе проект подтвердил свою целесообразность. Практика показала, что применение МПГТЭС в «критических» узлах энергосистемы Российской Федерации позволяет обеспечить надежное электроснабжение потребителей за счет перетоков электроэнергии и в ряде случаев является единственным быстрым вариантом снятия или снижения ограничений в энергоснабжении [9]. Опыт работы ОАО «Мобильные ГТЭС» оказался настолько эффективным, что в тече-

ние короткого времени стали реализовываться аналогичные проекты в других регионах страны [7].

Сеть МПГТЭС России (на начало 2012 г.), эксплуатируемых ОАО «Мобильные ГТЭС», представлена на рис. 1, 2.

Рис. 1. Сеть МПГТЭС на территории России

Рис. 2. Сеть МПГТЭС в Московском регионе

Оборудование МПГТЭС является передвижным аналогом стационарной электростанции, который можно перемещать с одной подготовленной площадки на другую и оперативно реагировать на возникновение дефицита электроэнергии. Выдача дополнительной мощности в момент пиковой нагрузки в энергосистеме позволяет разгрузить трансформаторные подстанции в точках подключения МПГТЭС, не допустить выхода из строя энергооборудования и повысить надежность энергоснабжения потребителей [20, 61]. Мобильные электростанции используются в качестве временного источника дополнительной мощности до окончания строительства новых генерирующих мощностей и реконструкции существующих подстанций. Режим эксплуатации МПГТЭС предусматривает их работу в пиковые часы энергопотребления — утром и вечером. При этом они используются только в аварийных ситуациях или при угрозе их возникновения.

МПГТЭС находят все более широкое применение. Они смонтированы и успешно функционирует более чем в сорока странах мира, в том числе в Канаде, Бразилии, США, Германии, Великобритании [20]. МПГТЭС использовались в 2004 г. во время летних Олимпийских игр в Афинах и в 2006 г. при проведении зимней Олимпиады в Турине [20].

Среди основных производителей оборудования для МПГТЭС -энергомашиностроительные корпорации General Electric, Rolls-Royce, Prat & Whitney Power Systems и др. Среди эксплуатируемых МПГТЭС наиболее популярны станции, производимые компанией Pratt & Whitney Power Systems. Аналогичные газотурбинные установки (ГТУ) производятся и в нашей стране. Их основные производители - ОАО «Рыбинские моторы», ОАО «Турбомоторный завод» (г. Екатеринбург), ОАО «Уральский завод гражданской авиации» (г. Екатеринбург), ОАО «Моторостроитель» (г. Самара), ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь), ОАО «Пермские моторы» [39]. Однако в большинстве случаев установки, выпускаемые этими предприятиями, являются стационарными.

Эксплуатация объектов тепловой энергетики сопровождается многофакторным негативным воздействием посредством выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу, водные бассейны, почву, а также за счет вовлечения больших площадей под строительство энергообъектов и энергосооружений (водохранилищ, золошлакоотвалов и др.). Такое воздействие вызывает необходимость защиты окружающей среды, из-за чего тепловая энергетика создает свои специфические экологические проблемы [95].

Несмотря на свою сравнительно небольшую мощность, а также незначительную нормативную продолжительность работы, которая не превышает 150 часов в год, МПГТЭС наряду с другими типами теплоэлектростанций (ТЭС) также вносят свой вклад в загрязнение окружающей среды. Однако негативное воздействие МПГТЭС становится значимым, если рассматривать количественные характеристики загрязнения, производимые станцией при выработке единицы (1 кВтч) электроэнергии [21]. Таким образом, МПГТЭС являются значимыми загрязнителями, влияющими на состояние атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвы, геологической среды, а также оказывающими физическое воздействие (акустическое, тепловое, электромагнитное). Эти факторы создают определенные техногенные нагрузки на окружающую среду и вынуждают проводить их детальную оценку с учетом природных и техногенных условий территорий размещения МПГТЭС в процессе выполнения предпроектных и проектных работ, строительства и эксплуатации МПГТЭС при:

- обосновании предпроектной документации и подготовке материалов по оценке воздействия объекта на окружающую среду (ОВОС) [6, 60, 64];

- получении исходных данных для выполнения проектных работ, и в частности разработки раздела проекта «Перечень мероприятий по охране окружающей среды» (ПМООС) [62];

- разработке предложений по организации соответствующих природоохранных мероприятий и средств инженерной защиты окружающей среды.

В связи с тем обстоятельством, что МПГТЭС начали внедряться в России всего несколько лет назад, экологические аспекты их строительства и эксплуатации практически не исследовались. Можно лишь отметить наличие соответствующих предпроектных и проектных материалов по 10 объектам (на начало 2012 г.) и приблизительно 15 научных публикаций, большей частью подготовленных автором. Вопросы экологичности МПГТЭС мало исследованы и в зарубежной литературе. Кроме того, результаты зарубежных исследований ограниченно применимы в нашей стране из-за несоответствия экологических стандартов и трудностей их увязки с нормами проектирования.

Резюмируя вышесказанное, можно отметить, что актуальность настоящего исследования определяется необходимостью геоэкологической оценки многофакторного воздействия на окружающую среду нового в России типа электростанций - МПГТЭС для обеспечения экологичности их строительства и эксплуатации.

Объект исследования - геоэкологическое состояние площадок размещения МПГТЭС и прилегающих к ним территорий.

Цель работы состоит в комплексном исследовании воздействий МПГТЭС на компоненты природной среды на основных этапах их жизненного цикла (строительства, эксплуатации, вывода из эксплуатации) и в разработке предложений по организации природоохранных мероприятий и средств инженерной защиты окружающей среды от негативного воздействия МПГТЭС.

Основные положения, выносимые на защиту:

- интерпретация среднегодовых концентраций выбросов загрязняющий веществ (ЗВ) в атмосферу от нестационарного источника как критериев его воздействия на человека и окружающую природную среду;

- обоснование экологичности проектов строительства МПГТЭС в различных районах России.

- установлена система приоритетов по учету факторов воздействий МПГТЭС на человека и окружающую природную среду;

- предложена типовая структура предпроектных и проектных материалов ОВОС и ПМООС, относящихся к МПГТЭС;

- показана перспективность использования SWOT-aнaлизa для обоснования намечаемого строительства МПГТЭС и достижения экологической и энергетической безопасности территорий с учетом природно-социо-культурных условий территорий размещения МПГТЭС и технологических характеристик МПГТЭС;

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной конференции «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского» (г. Тамбов, 2010 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем» (г. Пенза, 2010 г.), Международной научно-технической конференции «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ» (г. Москва, 2010 г.), V Денисовских чтениях (г. Москва, 2010 г.), Всероссийской научно-технической интернет-конференции «Экология и безопасность в техносфере» (г. Орел, 2010 г.), VII Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы экологии» (г. Тула, 2010 г.).

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе монография [13], 5 статей - в рекомендованных ВАК научных журналах [14, 15, 17, 91, 94] и 4 статьи - в материалах конференций [89, 90, 92, 93], 1 - в других изданиях [16]. Общий объем опубликованных работ составляет 5.5 печатных листов.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах [13, 14, 15, 16, 17] заключался:

- в разработке основы структуры материалов ОВОС и ПМООС, относящихся к МПГТЭС;

- в разработке комплекса предложений по организ

Информация о работе

Черемикина, Елена Аркадьевна
кандидата технических наук
Москва, 2012
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геоэкологическая оценка комплексного воздействия мобильных пиковых газотурбинных электростанций на состояние окружающей среды - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Геоэкологическая оценка комплексного воздействия мобильных пиковых газотурбинных электростанций на состояние окружающей среды - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы