Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сравнительный анализ воздействия атмосферных выбросов атомной и тепловой электростанций на лесные экосистемы

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Сравнительный анализ воздействия атмосферных выбросов атомной и тепловой электростанций на лесные экосистемы"

На правах рукописи

ПЧЕЛИНА НАТАЛЬЯ СТАНИСЛАВОВНА

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ АТМОСФЕРНЫХ ВЫБРОСОВ АТОМНОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Специальность 03.00.16 - «Экология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

003469339

Работа выполнена на кафедре «Теплофизика и экология металлургическо производства» ФГОУ ВПО «Государственный технологический университ «Московский институт стали и сплавов» (МИСиС).

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Степанов Александр Михайлович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Инсти

геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН)

Защита диссертации состоится «28» мая 2009 года в 14 часов на заседай Специализированного совета № Д 212.145.03 при Московском государственн университете инженерной экологии (МГУИЭ) по адресу: 105066, г. Москва, у Старая Басманная, д. 21/4, ауд. им. Л.А. Костандова (Л 207)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственно университета инженерной экологии (МГУИЭ)

Автореферат разослан «27» апреля 2009 г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дроздов Борис Викторович

кандидат географических наук, доцент Конева Галина Геннадиевна

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 212.145.03, кандидат биологических наук

Горшина Е. С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По прогнозам, доля атомной электроэнергетики в России к 2020 году должна составить 20-25 процентов от общего объема энергопотребления. Это означает, что в ближайшие 12 лет должно быть построено 26 новых энергоблоков. Таким образом, мы подходим к эпохе существенного увеличения доли ядерной технологии в энергетике. В связи с этим, вопросы воздействия атомной энергетики как на здоровье поколений, так и на природные экосистемы, становятся весьма актуальными.

Цель и задачи исследования. Целью работы является сравнение воздействия атмосферных выбросов атомных и тепловой электростанций на лесные экосистемы. Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:

- усовершенствовать методику оценки состояния лесных экосистем, первоначально разработанную для металлургических комбинатов и применить ее для объектов энергетики;

- количественно измерить эффект стимулирования роста лесов в окрестностях Ленинградской АЭС, впервые замеченный в 1986 г.;

- измерить эффект стимулирования развития и роста лесных экосистем под воздействием атмосферных выбросов Курской АЭС;

- исследовать процесс деградации лесов под воздействием атмосферных выбросов Курской ТЭЦ-1;

- провести сравнительный анализ влияния атмосферных выбросов атомных и тепловой электростанций на лесные экосистемы.

Методики исследования. При выполнении работы использовались: методика оценки состояния лесных экосистем, находящихся под токсичным воздействием атмосферных выбросов металлургических комбинатов; методика исследования радиационного фона; методика синхронных измерений температуры на местности. Для математического моделирования распространения тепловых потоков и влаги водоема-охладителя АЭС использовалась специальная математическая модель, разработанная Бутусовым О.Б., которая получила название «Модели локальных конвекций» (МОЛОКО).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые методика нормирования атмосферных выбросов металлургических производств (точнее часть ее) применена для объектов энергетики: атомных и тепловой электростанций.

2. Научно установлен эффект стимулирования развития и роста растительности под воздействием малых уровней радиации, сравнимых с естественным фоном.

3. Проведено корректное сравнение воздействия на лесные экосистемы атмосферных выбросов тепловой и атомной электростанций в режиме их нормальной эксплуатации. При этом исследуемые станции - Курская АЭС и Курская ТЭЦ-1 расположены на расстоянии 40 км друг от друга, в одних и тех же ландшафтных и климатических условиях.

4. Впервые для исследования возможного влияния водоема-охладителя Курской АЭС на рост и развитие лесных экосистем разработана методика прецизионных синхронных измерений температуры на местности.

5. Предложен метод фитосанации производственных территорий объектов ядерной энергетики.

Практическая значимость.

1. Результаты работы подтверждают гипотезу положительного воздействия на рост и развитие лесных экосистем малых уровней радиации, выбрасываемых в атмосферу при нормальной работе АЭС.

2. Предложен метод фитосанации производственных территорий как фактор оздоровления окружающей среды объектов ядерной энергетики.

3. Результаты исследований используются при чтении курса лекций «Основы промышленной экологии» в Московском институте стали и сплавов (МИСиС).

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты данной работы доложены и обсуждены на Студенческой научной конференции ЭЭФ МИСиС, (Москва, МИСиС, 2004 г.); УШ-ой международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития», (Москва, МГГУ, 2004 г.); Всероссийской научной конференции-конкурсе студентов выпускного

курса ВУЗов минерально-сырьевого комплекса России, (СПб., СГГУ им. Г.В. Плеханова, 2004 г.); Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи, (Москва, ВВЦ, 2004 г.); Конкурсе квалификационных работ выпускников учреждений высшего профессионального образования Москвы и Московской области, (Москва, 2004 г.); Международной научно-практической конференции «Экология, окружающая среда и здоровье населения Центрального Черноземья», (Курск, ЬСГМУ, 2005 г.); Ш-ей Международной научно-практической конференции «Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М. А. Глинкова», (Москва, МИСиС, 2006 г.); Конференции «62-с дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции», (Москва, МИСиС, 2007 г.); Конкурсе Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.»), (Москва, 2007 г.); 4-ой международной конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века», Москва, ВНИИМЕТМАШ им. ак. А.И. Целикова. 2008 г.; VI ежегодной конференции «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии», (Москва, МИСиС, 2008 г.), а также на заседаниях Кафедры «Теплофизика и экология металлургического производства» (Москва, МИСиС, 2004-2007 гг.).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 18 публикациях, в том числе в 9 статьях и 9 кратких сообщениях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литерагуры из 98 наименований, 4 приложений. Работа изложена на 187 страницах машинописного текста, из них 93 страницы основного текста, включая 18 рисунков и 31 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, отражены научная новизна и практическая значимость диссертации. Дана краткая характеристика современного состояния теплоэнергетики России.

В главе 1 рассмотрено современное состояние атомной энергетики России, перспективы ее развития, потенциальные возможности и основные проблемы.

В главе 2 изложены основные методики, использованные при выполнении работы. Методика оценки состояния лесных экосистем, находящихся под токсичным воздействием атмосферных выбросов металлургических комбинатов изначально предназначалась для металлургических комбинатов. Впервые в данной работе эта методика применена к объектам энергетики - атомным и тепловой электростанциям. Данная методика позволила выйти на уровень реакции экосистем как целого на антропогенные воздействия (табл. 1). Таблица 1 - Оценка состояния лесных экосистем

Древесный ярус:

Объем древесины м3 /га

Масса листвы ц/га

Жизненное состояние древостоя баллы

Травяно-кустарничковый ярус:

Фитомасса ц/га

Общее проективное покрытие %

Число видов шт.

Подстилка:

Масса т/га

Мощность см

Условное время разложения годы

Почвенная мезофауна:

Биомасса г/м2

Число экземпляров шт.

Число видов шт.

Каждый из этих параметров отражает процесс постепенной деградации лесных экосистем при движении к центру выбросов, но каждый - в своей специфической форме. Необходимо генерализовать эти данные, чтобы получить реакцию всей экосистемы на токсическую нагрузку. Вычислять среднее арифметическое разных по своему физическому значению величин, имеющих к тому же разные единицы измерения, бессмысленно, но если придать им безразмерные значения, то формально можно их объединить. Поэтому нормируем на 100 % максимальное значение каждого из параметров в выборке и ранжируем остальные в процентах. Усредняя по пробным площадям полу-

ченные безразмерные величины, получим один параметр, получивший название интегрального коэффициента сохранности (ИКС):

где Л у - значение /-го показателя; Л^ — максимальное значение того же параметра в выборке;} - номера пробных площадей. В ходе проведения исследований, методика была модифицирована. Методами корреляционного анализа, на базе данных по 11 металлургическим комбинатам, исследованным за предшествующие 20 лет, выявлено два ведущих параметра: общее проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса (ОПП) и жизненное состояние древостоя (ЖСД), в максимальной степени коррелирующие с генерализованной суммой измеренных параметров, представляющей экосистему в целом (коэффициент корреляции г =0,97-0,98). Общее проективное покрытие измеряется в процентах группой экспертов, визуально, как площадь, занимаемая проекцией растительности на землю по отношению к общей площади учетной площадки, ограниченной квадратной рамкой. Для повышения статистического веса результата, на каждой пробной площади измерения проводятся на 16-ти учетных площадках (у. п.). Жизненное состояние древостоя оценивается также визуально группой экспертов, в баллах, по пятибалльной системе. Опыт показывает, что такие экспертные оценки, при условии анонимности опроса, обеспечивают достаточную точность результатов.

В методике исследования уровней радиации, близким к значениям радиационного фона, предложено проводить измерения путем стократной регистрации уровня радиации в каждой точке, поскольку радиационный поток переменный. Если в каждой точке проведено сто измерений, то итоговый результат более достоверен и малые отклонения в уровне радиации будут иметь физический смысл. Проведены контрольные эксперименты и определена относительная погрешность измерения радиационного фона дозиметром «Белла», которая составила ± 4,3 %.

С помощью разработанной методики синхронных измерений температуры на местности с использованием калиброванных цифровых термометров сопротивления было снято 30 мгновенных профилей температуры вблизи

(1)

водоема-охладителя Курской АЭС. Для математического моделирования распространения тепловых потоков и влаги водоема-охладителя использовалась специальная математическая модель МОЛОКО. Основное предположение, использованное при моделировании, состоит в том, что бризовые циркуляции в районе водоема-охладителя имеют устойчивый характер в любое время суток, что обусловлено постоянной более высокой температурой воды в водоеме.

В главе 3 описаны исследования в районе размещения Ленинградской АЭС (ЛАЭС). Эффект стимулирования растительности был впервые обнаружен в 1986 году (рис. 1), однако малая величина стимулирующего превышения оставляла сомнения в его достоверности. Поэтому экспериментальные измерения были повторены в 2005 году на тех же пробных площадях, но теперь уже по модифицированной методике, то есть с измерением всего двух параметров: ОПП и ЖСД. Пробные площади располагались вдоль приморского шоссе и маркировались километражем от Санкт-Петербурга на расстояниях 68; 75; 92; 95; 101; и 116 км.

По результатам измерений 1986 и 2005 гг. построены зависимости (рис.

1).

116

г 120

100

ИКС,

%

2005 год

Рис. 1 Стимулирование растительности в районе размещения ЛАЭС

6

Из рисунка видно, что полученные кривые как 1986-го, так и 2005-го годов, образованы действием трех факторов. Первый - влияние на состояние леса атмосферных выбросов крупного промышленного центра - общий наклон кривых в сторону Санкт-Петербурга; второй - вытаптывание леса жителями или рекреационная нагрузка - провал в районе города Сосновый Бор (83-93 км) и третий - стимулирование роста лесных сообществ под действием малых доз радиации - небольшой прилив сразу после ЛАЭС, расположенной на 100 км, по направлению господствующих (западных) ветров.

На рис. 1 также видно, что в целом кривые 1986 и 2005 гг. подобны, причем кривая 2005 г. отвечает большим значениям ИКС, что может быть объяснено спадом промышленных атмосферных выбросов в регионе в годы перестройки.

В 2005 г. было также произведено измерение апикального прироста за последние 5 лет молодых сосен в возрасте 15-20 лет, растущих на двух территориях: к западу и к востоку от ЛАЭС. Господствующее направление ветров в основном с запада, соответственно, дозы облучения растительности должны быть больше к востоку по сравнению с западом. Эти дозы были измерены дозиметром «Белла» по описанной выше методике. Полученный результат подтверждает эффект стимулирования: уровень радиации больше к востоку на 5,75 % за счёт атмосферных выбросов ЛАЭС, а прирост сосен на 13,4 %.

В главе 4 представлены и проанализированы результаты экспериментальных исследований в течение 5 лет воздействия атмосферных выбросов Курской АЭС (КАЭС) на лесные экосистемы, которые проводились в одни и те же фенологические фазы состояния фитоценозов. На тех же пробных площадях измерены уровни радиации на местности. В лесных экосистемах в окрестностях Курской АЭС выделено 19 пробных площадей, строго идентичных по сумме эколого-ценотических параметров (березняки разнотравные на бурых лесных почвах). Пробные площади выбирались с учетом розы ветров (северное и северо-западное направление) на расстояниях 3,5; 4,2; 6,5; 12,8; 21 и 25,6 км. Результаты измерений приведены в табл. 1 и на рис. 2.

По сумме наблюдений за пять лет как ОПП, так и ЖСД, и их сумма -ИКС, стимулируются малыми уровнями радиации на ближних расстояниях от КАЭС. Статистический вес результата в каждой экспериментальной точке на рис. 2 составляет не менее 200-500. При таком статистическом весе результата, докладываемые данные исследований не являются случайными, а представляют собой закономерность, объективно присущую лесным экосистемам. Таблица 1 - ИКС и уровни радиации в районе размещения КАЭС

годы Расстояние от КАЭС, км

3,5 4,2 6,5 12,8 21 25,6

2003 64,7 78,85 100

2004 71,95 73,85 73,3 95,65 100

2005 68,5 76,0 79,00 100 92,7

2006 90,65 100

2007 96,7 83,8 84,2 94,5

ИКС, % 93,68 70,23 74,59 78,84 97,54 97,57

Уровни радиации, мкр/ч 15,05 13,8 14,43 13,86

1 ю

юо

эо

же, % 80 \ ^^^^

70 ---

во

50

С 2 4 в 8 Ю 12 14 16 18 20 22 24 2в 28 ЗО

17

Уровни 16

радиации 15 V

мкр/ч 14 \—■*

13

12

11

I 2 4 6 в 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

км

Рис. 2 ИКС и уровни радиации в районе размещения Курской АЭС

8

Для определения степени влияния на растительность температуры и влажности водоема-охладителя КАЭС в 2007 году были проведены контрольные эксперименты по измерению распределения температуры окружающего воздуха на местности вблизи водоема-охладителя. На трансекте, образованной из 5 точек, на расстояниях 0, 10, 20, 50 метров от уреза воды водоема-охладителя, и непосредственно в воде, синхронно (по часам) производились отсчеты показаний цифровых термометров на высоте 15 см от почвы. Было снято 30 мгновенных профилей температуры на местности, при осреднении которых получены статистически достоверные распределения температуры в природной среде при наличии слабо переменного ветра, меняющейся облачности и т.д. Усредненная разница температур между водой водоема-охладителя и температурой суши составила 7,3 °С, что является весьма существенным и может быть причиной возникновения бризовых циркуляций. На основании этих данных, а также справочных данных по влажности, климатическим характеристикам и розе ветров региона, была разработана модель и проведен расчет локальных конвекций водоема-охладителя. Основная цель моделирования состояла в определении масштабов бризовой циркуляции, от размера которой зависит степень воздействия тепловых потоков и влаги со стороны водоема на растительность в районе пробных площадей. Явление образования локальных атмосферных циркуляций целиком и полностью обусловлено силами Архимеда, действующими на воздушные объемы, плотность которых отличается от плотности окружающего воздуха. При этом температурные пульсации плотности описываются следующим уравнением состояния:

= (2) Р 6

где р,0,р',б' - средние по области моделирования плотность и потенциальная температура и их пульсации. Для моделирования использована конечно-разностная прямоугольная сетка размером 1500x600 м, причем водоем занимает третью часть этой области, что составляет 500 м. Приняты следующие дополнительные упрощающие предположения: коэффициенты турбулентной вязкости, турбулентной теплопроводности и турбулентной диффузии

водяного пара одинаковы, изотропны и зависят только от высоты ъ. В рамках принятых упрощающих предположений система дифференциальных уравнений модели МОЛОКО имеет следующий вид:

ди Эу — + —= О, дх дг

ди ди ди 1 дР д ( диЛ (3)

-+ и-+ V-=---+- К -— ,

5/ дх дг р дх дг У дг )

ду ду д\ 1 5Р в ' д ( „ ду \

-+ и-+ V-=---+ g —+- К -- ,

д1 дх дг р дг в дг V дг )

I „ дв' ■ д [к 3 (*. + *'))

д( дх дг дг\ дг )'

55 55 55 д ( „ 55 „,

-+ и -+ V-= - К - + №,

д1 дх дг дг[ дг )

где х, 2 - горизонтальная и вертикальная координаты, и, V - горизонтальная и вертикальная компоненты скорости, Р. - динамическое давление (пульсации давления), 0О - начальный профиль потенциальной температуры, К - коэффициенты турбулентной вязкости, турбулентной теплопроводности и турбулентной диффузии, 5 - абсолютная влажность, - турбулентный поток испарения с поверхности водоема, ускорение силы тяжести.

Результаты математического моделирования представлены на рис. 3-6. Из рис. 3 и рис. 4 следует, что масштаб бризовой циркуляции в районе водоема-охладителя составляет примерно 500 м. Циркуляция, представленная на рис. 5, имеет вид однородной области в нижней части графика. Масштаб циркуляции определяется размером этой области и так же, как на рис. 4, составляет примерно 500 м.

'Ш)___________

Рис. 3 Векторное поле Рис. 4 Поле ветровых потоков в виде

ветровых потоков в районе изолиний горизонтальной

водоема-охладителя компоненты скорости ветра

1

о

; ягл

ч?

М 4(И>

ИНН» 1.ЧЮ

100 ?00 300 40« ЬОО 600 700 800 $00 1000 НОС 1?00 13001400

Рис. 5 Поле ветровых потоков Рис. 6 Изолинии поля в виде сглаженных изолиний относительной влажности

с областями испарений водоема

Как следует из рис. 6, локальная атмосферная циркуляция препятствует

распространению тепла и влаги от водоема к лесным массивам, расположенным в окрестности АЭС. Полученный результат можно рассматривать как дополнительный аргумент в пользу вывода о положительном влиянии малых доз радиационного загрязнения на экологию растительных сообществ.

Глава 5 посвящена экспериментальному исследованию воздействия Курской ТЭЦ-1 на лесные экосистемы, расположенной в одной природной зоне с Курской АЭС на расстоянии 40 км друг от друга. Воздействие Курской ТЭЦ-1 на лесные экосистемы оценивалось по той же методике. В окрестностях Курской ТЭЦ-1 выделено шесть пробных площадей, идентичных по сумме эколого-ценотических параметров, на расстояниях 1; 2,1; 3,3; 4,8; 24,4 и 27 км. Результаты измерений, 2005-2007 гг. представлены на рис. 7 и в табл. 2.

ИКС,0/;

Уровни

радиации,

мкр/ч

км

Рис. 7 ИКС и уровни радиации в районе размещения Курской ТЭЦ-1

Таблица 2 - ИКС и уровни радиации в районе размещения Курской ТЭЦ-1

годы Расстояние от ТЭЦ, км

1 2,1 3,3 4,8 24,4 27

2005 29,0 53,3 . 59,2 67,3 100

2006 56,3 72,5 71,2 100

2007 31,3 67,8 66,7 85,7 100

ИКС,% 29,0 47,0 66,5 68,4 95,2 100

Уровни радиации, мкр/ч 14,37 10,59

На графике видно, что ИКС снижается при движении к источнику выбросов - Курской ТЭЦ-1. Таким образом, можно сделать вывод о том, что Курская ТЭЦ-1 оказывает деградирующее воздействие на лесные экосистемы, что подтверждает факты, известные ранее.

В главе 6 дана сравнительная оценка воздействия атмосферных выбросов атомной и тепловой электростанций на лесные экосистемы (рис. 8).

ИКС, %

КАЭС - км Курская ТЭЦ-1---

Рис. 8 Сравнение воздействия атмосферных выбросов КАЭС и Курской ТЭЦ-1 на лесные экосистемы

Предложен метод фитосанации производственных территорий. Проведенные в течение 5 лет исследования на территориях, непосредственно прилегающих к объектам ядерной энергетики показали, что имеет место эффект стимулирования растительности малыми уровнями радиации, выбросы которых через вентиляционные трубы АЭС происходят в режиме нормальной эксплуатации. Эти малые уровни (в миллионы раз меньше значимых для человека) эффективно воздействуют на древостой, способствуя их росту.

По-видимому, целесообразно использовать эту особенность объектов ядерной энергетики, сажая леса в зонах влияния атмосферных выбросов АЭС, с учетом конфигурации этой зоны согласно местной розе ветров.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Атмосферные выбросы АЭС, составляющие при нормальной работе малые доли процента от допустимого (безопасного для человека) норматива, оказывают стимулирующее воздействие на развитие и рост лесных экосистем.

2. Наблюдаемые эффекты стимулирования роста лесных насаждений зафиксированы в двух природных зонах территории России (Ленинградская АЭС и Курская АЭС) и в двух типах биогеоценозов (сосняки, березняки).

3. Подтверждение стимулирования роста сосновых древостоев в подзоне средней тайги получено также при измерении апикального прироста сосен в возрасте 15-20 лет в регионе Ленинградской АЭС.

4. Сравнение близкорасположенных Курской АЭС и Курской ТЭЦ-1 по их влиянию на древостой, указывает на деградирующее воздействие атмосферных выбросов ТЭЦ на лесные экосистемы даже для Курской ТЭЦ-1, работающей на газе.

5. Методика измерения воздействия атмосферных выбросов промышленных предприятий на лесные экосистемы, разработанная первоначально для металлургических производств, впервые применена для предприятий энергетики (АЭС и ТЭЦ).

6. Методика развита за счет введения нового параметра - апикального прироста сосен, а также дополнена контрольными экспериментами по влиянию водоема-охладителя на лесные экосистемы.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пчелина Н.С. Влияние атмосферных выбросов Курской атомной электростанции на лесные экосистемы // VIII-ая международная экологическая конференция студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития»: сб. докл. - М.: МГГУ, 2004 г. Т. 2, с. 96-98;

2. Пчелина Н.С. Влияние атмосферных выбросов ЛАЭС на апикальный прирост сосен // Х-ая международная экологическая конференция «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития»: сб. ст. - М.: МГГУ, 2006 г. Т. 2. с. 104-105;

3. Пчелина Н.С., Бутусов О.Б., Степанов A.M. Влияние локальных атмосферных циркуляции в районе водоема-охладителя Курской АЭС на растительность региона // Экология и промышленность России. 2009. № 5. с. 24-26.

4. Пчелина Н.С., Тиховодова Ю.В. Изучение стимулирующего воздействия атмосферных выбросов Курской АЭС на растительность региона // Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении: труды VI международной научно-практической конференции. - М.: МИСиС, 2008 г. с. 287-288;

5. Пчелина Н.С. Исследование эффекта стимулирования растительности атмосферными выбросами АЭС // Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы охраны и экологического мониторинга природных ландшафтов и биоразнообразия»: сб. ст. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006 г. с. 79-82;

6. Пчелина Н.С., Носкова Н.С., Степанов A.M. Методика исследования радиационного фона в среде обитания человека // Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении: труды VI международной научно-практической конференции. - М.: МИСиС, 2008 г. с. 289290.

7. Пчелина Н.С. Методика и результаты синхронных измерений температуры на местности // VI ежегодная конференция «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии»: сб. докл. - М.: МИСиС, 2008 г. с. 191-192;

8. Методика прецизионных синхронных измерений температуры на местности / Пчелина Н.С., Бутусов О.Б., Капитанов В.А., Степанов A.M. // Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении: труды VI международной научно-практической конференции. - М.: МИСиС, 2008 г. с. 286-287;

9. Пчелина Н.С. Модификация методики экологического нормирования атмосферных выбросов металлургического производства // Металлургия XXI века. 4-ая международная конференция молодых специалистов: сб. тр. - М.: ВНИИМЕТМАШ им. Академика А.И. Целикова, 2008 г. с. 430-435;

10. Пчелина Н.С. Оценка воздействия атмосферных выбросов Курской атомной электростанции на лесные экосистемы // Международная научно-практическая конференция «Экология, окружающая среда и здоровье населения Центрального Черноземья»: сб. докл. - Курск: КГМУ, 2005 г. Ч. 2. с. 59-61;

11. Пчелина Н.С. Оценка состояния лесных экосистем в зоне влияния атмосферных выбросов АЭС // IV Международная научно-практическая конференция «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России»: сб. мат. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006 г. с. 179-183;

12. Пчелина Н.С. Оценка экологического риска от атмосферных выбросов АЭС и ТЭЦ // Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении: труды VI международной научно-практической конференции. - М.: МИСиС, 2008 г. с. 288-289;

13. Пчелина Н.С., Степанов А.М. Сравнительный анализ воздействия АЭС и ТЭЦ на окружающую среду // Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении: труды VI международной научно-практической конференции. - М.: МИСиС, 2008 г. с. 287;

14. Пчелина Н.С. Сравнительная оценка воздействия атмосферных выбросов АЭС и ТЭЦ на лесные экосистемы // III Всероссийская научно-практическая конференция «Окружающая среда и здоровье»: сб. ст. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006 г. с. 150-153;

15. Пчелина Н.С. Стимулирование растительности малыми уровнями радиации в районах размещения АЭС // IX-ая международная экологическая кон-

ференция студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития»: сб. ст. - М.: МГГУ, 2005 г. Т. 1. с. 70-72;

16. Пчелина U.C., Степанов A.M. Фйтосанация производственной территории как фактор оздоровления окружающей среды объектов ядерной энергетики // Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении: труды VI международной научно-практической конференции. - М.: МИСиС, 2008 г. с. 289;

17. Пчелина Н.С.,. Степанов A.M. Эффект стимулирования растительности атмосферными выбросами АЭС // Труды III Международной научно-практической конференции «Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М. А. Глинко-ва». -М.: МИСиС. 2006 г. с. 494-498;

18. Пчелина Н.С. Эффект стимулирования растительности атмосферными выбросами АЭС // 62-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции: сб. ст. - М.: МИСиС, 2007 г. с. 87-88;

Подписано в печать: 24.04.2009

Заказ № 193 5 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Пчелина, Наталья Станиславовна

Введение.

1 Атомная энергетика России.

1.1 Актуальность атомной энергетики.

1.2 Газо-аэрозольные выбросы АЭС.

1.3 Атмосферные выбросы ТЭС.

1.4 Оценка экологических рисков АЭС и ТЭС.

2 Методики исследований.

2.1 Методика оценки состояния лесных экосистем.

2.2 Методика измерения радиации на уровне естественного радиационного фона на поверхности Земли.

2.3 Методика синхронных измерений температуры на местности.

3 Воздействие Ленинградской АЭС на лесные экосистемы.

3.1 Ленинградская АЭС.

3.2 Эффект стимулирования растительности атмосферными выбросами ЛАЭС.

4 Влияние Курской АЭС на растительность.

4.1 Курская АЭС.

4.2 Оценка воздействия атмосферных выбросов Курской

АЭС на лесные экосистемы.

4.3 Оценка влияния водоема-охладителя КАЭС на микроклимат прилегающих территорий.

5 Воздействие Курской ТЭЦ-1 на лесные экосистемы.

5.1 Курская ТЭЦ-1.

5.2 Оценка воздействия атмосферных выбросов Курской ТЭЦ-1 на лесные экосистемы.

6 Сравнительная оценка воздействия атмосферных выбросов атомной и тепловой электростанций на лесные экосистемы.

6.1 Фитосанация производственных территорий как фактор оздоровления окружающей среды объектов ядерной энергетики.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Сравнительный анализ воздействия атмосферных выбросов атомной и тепловой электростанций на лесные экосистемы"

В настоящее время тепловые электростанции являются основой энергетики России, составляя около 65 % от суммарной мощности электростанций. На сегодняшний день теплоэнергетика России находится в сложном положении. Главной проблемой является моральный и физический износ фондов, который по оценкам экспертов, составляет 60 %, что обусловлено, прежде всего, недостатком инвестиций III. Реконструкция фондов, идет чрезвычайно медленно, что сохраняет высокие тепловые потери (20-30 %) и низкий уровень безопасности /2-4/.

Сейчас предполагается, что производство* и отпуск тепла электростанциями увеличится (по сравнению с данными'2000 года) на 11-15 % к 2010 годуй на 30-40% к 2020 году, что* существенно ниже прогнозов, которые делались ранее. Это связано с ожидаемой реализацией большого потенциала теплосбережения и изменением технологий- производства ряда теплоемких отраслей промышленности. Для» производства необходимых объемов ¡электроэнергии уже в ближайшие годы, потребуется резко увеличить ввод новых и модернизацию действующих генерирующих мощностей электростанций /5, 61.

Предлагается также заменить тепловые электростанции на природном газе атомной энергетикой: В случае осуществления» планов атомного строительства, в соответствии с Энергетической стратегией /7/, снижение потребления газа в общем энергетическом балансе составит к 2020' году 4 % (снижение с 50 % до 46 %). Данное снижение планируется не только за счет увеличения; доли атомной, но и угольной энергетики. Доля атомной энергетики в общем энергобалансе увеличится с 4,5 до 6,4 %, в электрическом - с 16 до 20-25 % III.

Из-за роста цен на нефть и газ в ближайшем будущем может возникнуть ситуация, когда атомные электростанции по соотношению годовых затрат на производство электроэнергии могут стать вполне конкурентоспособными с ТЭС. Поэтому на ближайшее будущее реальной альтернативой атомной энергетике могут быть только тепловые электростанции, работающие на угле. Но и они создают ряд экологических проблем, даже более значимых, чем экологические проблемы АЭС. При сжигании угля образуются такие неразрушающиеся канцерогены как соединения бериллия, кадмия, никеля и хрома. Они могут вызывать в 1000 раз больше смертей, чем ядерные отходы. Оксиды серы и азота, образующиеся при сжигании угля, вызывают кислотные дожди и кислотные отравления. ТЭС кроме токсических веществ выбрасывают в атмосферу и радионуклиды, причем в большем количестве, чем АЭС, работающие в нормальном режиме, если исходить из расчета на 1 кВт-ч выработанной энергии /8/.

Топливные энергоресурсы не бесконечны. В настоящее время «Газпром» предлагает снизить газовую составляющую в электроэнергетике. Как сырье, газ необходим для производства химических удобрений, без него немыслимо развитие черной и цветной металлургии, машиностроения, промышленности строительных материалов. Между тем, за последние пять лет приросты запасов газа (реальная величина запасов» газа в России на начало 2000 года о составила 41 трлн. м) практически сведены к нулю, что привело к уменьшению запасов газа промышленных категорий. Сократилась добыча угля и нефти. Чрезмерная ориентация на потребление газа, запасы которого ограничены и находятся в труднодоступных отдаленных регионах России, ведет к истощению наиболее эффективного энергоресурса. В США, Канаде Италии и Великобритании доля газа в котельно-печном топливе составляет 30 %, а во Франции и Германии — 20 % 191. И хотя в этих странах имеются возможности увеличения газопотребления, оно сдерживается государственными решениями. Между тем, в центральных регионах России доля газопотребления достигает 80-95 % энергобаланса 191. Однако реальные источники нефти и газа переместились в труднодоступные регионы России, в зоны северных морей. Для добычи, транспортировки и геологоразведки газа требуются огромные капиталовложения. Сейчас «Газпром» держится исключительно благодаря инвестиционным вливаниям в развитие Единой системы газоснабжения, которые были произведены в 1980-х годах в СССР. Выход из энергетического тупика большинство специалистов видят в атомной энергетике 191.

• 7

1 Атомная-энергетика России

Заключение Диссертация по теме "Экология", Пчелина, Наталья Станиславовна

Выводы

1. Атмосферные выбросы АЭС, составляющие при нормальной работе малые доли процента от допустимого (безопасного для человека) норматива, оказывают стимулирующее воздействие на развитие и рост лесных экосистем.

2. Наблюдаемые эффекты стимулирования роста лесных насаждений зафиксированы в двух природных зонах территории России (Ленинградская АЭС и Курская АЭС) и в двух типах биогеоценозов (сосняки, березняки).

3. Подтверждение стимулирования роста сосновых древостоев в подзоне средней тайги получено также при измерении апикального прироста сосен в возрасте 15-20 лет в регионе Ленинградской АЭС.

4. Сравнение близкорасположенных Курской АЭС и Курской ТЭЦ-1 по их влиянию на древостой, указывает на деградирующее воздействие атмосферных выбросов ТЭЦ на лесные экосистемы даже для Курской ТЭЦ-1, работающей на газе.

5. Методика измерения воздействия атмосферных выбросов промышленных предприятий на лесные экосистемы, разработанная первоначально для металлургических производств, впервые применена для предприятий энергетики (АЭС и ТЭЦ).

6. Методика развита за счет введения нового параметра — апикального прироста древостоев, а также дополнена контрольными * экспериментами по влиянию водоема-охладителя на лесные экосистемы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Пчелина, Наталья Станиславовна, Москва

1. Перспективы развития теплоэнергетики в России. Экспертный опрос. www.rosteplo.ru

2. Материалы 28 заседания Электроэнергетического Совета стран СНГ, 2005 г.

3. Топливно-энергетический комплекс, № 1, 2005 г.

4. Материалы общего собрания Российского союза нефтегазостроителей, 2004 г.

5. Троцкий А.А.Энергетика и экономика России: прошлое, настоящее и будущее // Энергия. 2003. - № 9.

6. Троцкий А.А. Энергетика и экономика России: прошлое, настоящее и будущее // Энергия. 2003. - № 10.

7. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. Утверждена Правительством Российской Федерации 28.08.2003, № 1234-р.

8. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2002 . - № 11. -с. 73-76.

9. Ушаков И.Б., Давыдов Б.И., Зуев Б.И. Экологическая и энергетическая составляющие в системе национальной безопасности: противоречия // Экология человека. 2004 г.

10. Вузовский В. Перспективы переработки ОЯТ // Росэнергоатом. -2007. № 12.

11. Атомная энергия и безопасность. Атомная отрасль России в цифрах и фактах. М.: Изд. «Комтехпринт», 2003. — 28 с.

12. Стратегия развития атомной энергетики в первой половине XXI века. Одобрена Правительством Российской Федерации в 2000 году.

13. Инвестиционная программа концерна «Росэнергоатом» на период 2005-2007 годов.

14. Материалы слушаний в Государственной Думе по вопросам развития атомной отрасли, 2005 г.

15. Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века. Иллюстрация основных положений. — М., ФГУП «ЦНИИатоминформ» 2001.

16. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. — М.: Высшая школа, 1978.

17. Монахов A.C. Атомные электрические станции и их технологическое оборудование. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

18. Нигматулин И.Н., Нигматулин Б.И. Ядерные энергетические установки. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

19. Боровик A.C., Малышевский- B.C., Янчевский С.Н. Будущее энергетики: Реакторы на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом.1. М.: Росиздат, 2006.

20. АЭС с БН-800: ФГУП Атомэнергопроект, г. Санкт-Петербург, 2004 г.

21. Карасев П.А. Ядерные энергетические установки в космосе // Журнал «Атомная стратегия», № 30, июнь 2007 г.

22. Наумов С.С. Положение России на мировом рынке урана: реалии и перспективы // Горный журнал, № 12, 1999 г.

23. Королев В.В. Системы управления и защиты АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986.

24. Мадоян A.A., Власик В.Ф. Вентиляция атомных электростанций. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

25. Емельянов И.Я., Воскобойников В.В., Масленок Б.А. Основы конструирования исполнительных механизмов управления ядерных реакторов.

26. М.: Энергоатомиздат, 1987.

27. Емельянов И.Я., Ефанов А.И., Константинов JI.B. Научно-технические основы управления ядерными реакторами. М.: Энергоиздат, 1981.

28. Иванов Е.А., Полянцев С.С., Пырков И.В. и др. Проблемные вопросы контроля газоаэрозольных выбросов на АЭС концерна «РОСЭНЕРГОАТОМ», http://www.reamntk.ru/

29. Тихонов М.Н., Муратов О.Э. Канцерогенные воздействия тепловой и атомной энергетики // Информационно-рекламное агентство «Pro Atom», www.proatom.ru

30. Семенов В. Грани риска // Бюлл. по атомной энергии, 2003, №1, с. 5056.

31. Голубев Б.П., Козлов В.Ф., Смирнов С.Н. Дозиметрия и радиационная безопасность на АЭС. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

32. Пугач Л.И. Энергетика и экология: Учебник. — Новосибирск: Изд. НГТУ, 2003: -504 с.33' Болыиов Л., Арутюнян Р:, Линге И. Ядерные технологии и экологические проблемы России в XXI веке // Бюлл. по атомной энергии; 2003, №5, с. 15-19.

33. Состояние и использование минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации. Угли // Информационно-аналитический центр «Минерал», www.mineral.ru

34. Балиев А. Распад в мирных, целях // Российская бизнес-газета. 2006. -№'585.

35. Барышева И.В., Степанов A.M. Нормирование атмосферных выбросов металлургических производств. Уч. пособие МИСиС, 2006, 39 с.

36. Барышева И.В., Степанов A.M. Нормирование атмосферных выбросов металлургических комбинатов // ЭКиП, сент. 2005, с. 16-19.

37. Степанов A.M., Барышева И.В. Нормирование, выбросов загрязнений основа защиты окружающей среды'// Ж. Ресурсы. Технология. Экономика, 2005, № 2, с. 39-48

38. Степанов A.M. Концепция экологического нормирования в металлургии // Материалы Международной науч.-практ. Конф.

39. Автоматизированный печной- агрегат — основа энергосберегающих технологий XXI1 века», Москва, 2000, с. 280-282.

40. Разяпов А.З., Кудрин И.В., Шаповалов Д.А., Степанов A.M. Мониторинг атмосферного загрязнения урбанизированных территорий. Уч. Пособие, МИСиС, 2001, 54 с.

41. Степанов A.M., Разяпов А.З. Принципы и методы экологического нормирования атмосферных выбросов металлургических производств. Уч. Пособие, МИСиС, 2001, 78 с.

42. Черненькова Т.В., Степанов A.M. Воздействие тяжелых металлов- на растительные сообщества. Уч. Пособие МИСиС, 2001, 250 с.

43. Черненькова/Г.В1, Степанов A.M. Воздействие тяжелых металлов на растения. Уч. Пособие МИСиС, 2001, 125 с.

44. Мацкунас A.A., Степанов A.M. Мониторинг загрязнения от Московской кольцевой, автомобильной дороги (МКАД) // Всеросс. Сов. «Экологический мониторинг лесных экосистем». Петрозаводск, 1999; с. 52.

45. Воздействие металлургических производств на лесные экосистемы Кольского полуострова / Черненькова Т.В., Бутусов О.Б., Сычев В.В. и др. — СПб.: Российская академия наук по проблемам экологии и продуктивности лесов, 1995.

46. Степанов А.М. Основы промышленной экологии: Курс лекций: М.: МИСиС, 2006. - 139 с.

47. Степанов А.М Эволюционный подход к определению генетически значимых доз радиации // Мутагенез при действии физических факторов. — М.: Наука, 1980, с. 176-186.

48. Войткевич Г.В. Радиоактивность в истории Земли. М.: Наука, 1970.

49. Вернадский В.И. О значении радиогеологии для современной геологии. Избр. соч. М.: Изд-во АН СССР, 1954, т. 1

50. Вернадский В.И. Биосфера. JL: Науч. химико-технологическое изд-во,1926.

51. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М.: Наука, 1965.

52. Иванов В.Е. Атомная энергия и человек. Природа, № 3, с. 54, 1974.

53. Combined Effects of Radioactive, Chem. And Termal Reiese of Environ, Vienna. 83, 1975.

54. D. W. Wilson, N. C.Yook, W. E. Robinson. Helth Phys., 29, 599, 1975.

55. С. П. Ландау-Тылкина. Радиация и жизнь, Атомиздат, 1974.

56. H. Г. Гусев, J1.P. Кимель, В.П. Машкович, Б.Г. Пологих, А.П. Суворов. Защита от ионизирующих излучений, М., Атомиздат, 1966.

57. L.R. Solon. Proc. of Int. Conf. Peaceful Uses Atomic Energy, Geneva. 74,1958.

58. JL P. Кимель, В. П. Машкович. Защита от ионизирующих излучений, М., Атомиздат, 1972.

59. Шведов В.П., Патин С.А. Радиоактивность океанов и морей. М.: Атомиздат, 1968.

60. Неручев С.Г. Эпохи радиоактивности в истории Земли и развитие биосферы. Геология и геофизика, Новосибирск: Наука, 1976.

61. Атомные станции России. М.: Министерство Российской Федерации по атомной энергии Российский Государственный концерн по производству электрической и тепловой энергии «Росэнергоатом», 2002.

62. Ленинградская АЭС. Материалы специалистов ЦИСО ЛАЭС // Официальный сайт ФГУП концерн «Росэнергоатом», www.rosenergoatom.ru

63. Рендель К.А. Ленинградская атомная. Лениздат, 1979 г.

64. Ленинградская АЭС. Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1984 г., составители Крутиков П.Г., Чепкунов В.В.

65. Ленинградская- АЭС. Годы. События. Люди. М.: Энергоатомиздат, под ред. Лебедева В.И.

66. Экология Ленинградской АЭС. Материалы специалистов ЦИСО ЛАЭС // Официальный сайт ФГУП концерн «Росэнергоатом», www.rosenergoatom.ru

67. Пчелина Н.С. Влияние атмосферных выбросов ЛАЭС на апикальный прирост сосен // Х-ая международная экологическая конференция «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития»: сб. ст. -М.: МГГУ, 2006 г. Т. 2. с. 104-105;

68. Пчелина Н.С. Эффект стимулирования- растительности атмосферными выбросами АЭС // 62-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции: сб. ст. -М.: МИСиС, 2007 г. с. 87-88;

69. Курская АЭС // Официальный сайт ФГУП концерн «Росэнергоатом», www.rosenergoatom.ru

70. Правила эксплуатации пруда-охладителя I и II очереди Курской АЭС. -М.: МоАЭП, 1991.

71. Технический отчет об инженерно-гидрологических работах на р. Сейм и водоеме-охладителе Курской АЭС. Курчатов, 1976-1999.

72. Экологические аспекты исследований водоемов-охладителей АЭС. — М.: ИЭМЭЖ АН СССР, 1983.

73. Бутусов О.Б:, Степанов A.M. Новая модель доза-эффект динамики лесных экосистем в районе металлургических предприятий // Экология и промышленность России. — 2001. N6. - с. 37-40.

74. Бутусов О.Б., Степанов A.M. Моделирование динамики лесных экосистем вблизи порога токсического воздействия медеплавильного комбината // Лесоведение. 2001. - N6. - с. 57-63.

75. Бутусов О.Б., Степанов A.M., Пикус И.М. Моделирование загрязнения лесов в районе МКАД // Труды 2-ой Международной конф.

76. Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии.» М.: МИСИС, 2002. с. 553-559.

77. Бутусов О.Б., Степанов A.M. Экологическое зонирование лесов вокруг источников химического загрязнения // ЭКиП, 2002, № 6, с. 30-33.

78. Бутусов О.Б., Степанов A.M. Определение интегральных индексов техногенной деградации лесов // Лесоведение, 1999, № 1, с. 17-22.

79. Бутусов О.Б., Степанов A.M. Анализ экологического состояния лесных экосистем в районах атмосферного химического загрязнения // Лесоведение, 200, № 1, с. 32-38.

80. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. — 448 с.

81. Patrinos A".A.N., Kistler A.L. A numerical study of the Chicago lake breeze // Boundary-Layer Meteorology. 1977. - v.12. - P.93-123.

82. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. 4.1. М.: Физматлит, 1976. - 584 с.

83. Мацкунас A.A., Бутусов О.Б., Степанов A.M., Маслов A.A., Рысин Л.П. Воздействие на лесные экосистемы аэральных выбросов транспорта Московской кольцевой автодороги // Лесоведение. — 2002. — N4. с.69-74.

84. Курская ТЭЦ-1. Основные события. 1955-1995 гг. (справочные материалы)

85. Пчелина Н.С. Оценка экологического риска от атмосферных выбросов АЭС и ТЭЦ // Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении: труды VI международной научно-практической конференции. -М.: МИСиС, 2008 г. с. 288-289.

86. Пчелина Н.С. Сравнительная оценка воздействия? атмосферных выбросов АЭС и ТЭЦ на лесные экосистемы // III Всероссийская научно-практическая конференция «Окружающая среда и здоровье»: сб. ст. Пенза: РИО ПГСХА, 2006 г. с. 150-153.