Строительные исследования
страница - 4
поверхностных хранилищах, специальных бассейнах, открытых водоемах накоплены радиоактивные отходы с суммарной активностью 109Ки. В глубинные горизонты (до 400м) на Сибирском химическом комбинате (СХК) (Томск) и Горно-химическом комбинате (ГХК) (Красноярск) закачано 5-107 м3 ЖРО с активностью 8-108 Ки. Большая часть радиоактивных отходов на СХК представляет собой ЖРО радиохимического завода, в которых содержится до 200 кг плутония в химических соединениях. По данным Центра ядерной экологии, на полигоне Северный под Красноярском закачано около 4 млн м3 ЖРО с общей активностью 700 млн кюри.
Однако радиоактивное загрязнение происходит и вследствие работы ТЭС.
Таблица 4.9. Степень запыленности в зависимости от мощности котла [29].
Производительность котла, т/ч | 35 | 170 |
Расход газа на очистку, м3/ч | 85000 | 152000 |
Запыленность на выходе, г/м3 | 0.95 | 0.35 |
Таблица 4.10. Активность нуклидов в годовых выбросах в атмосферу летучей золы, МБк/ГВт
эл.
K40 | U238 | Ra226 | Pb210 | Po210 | Th232 | |
Россия | 20 000 | 2000 | 2000 | 8100 | 7400 | 2000 |
В среднем по миру | 4000 | 1500 | 1500 | 5000 | 5000 | 1500 |
Годовая средняя коллективная эффективная доза на 1GWe составляет 200 чел. бэр, из которых 140 приходится на вдыхание шлейфа. Годовая коллективная эффективная доза в расчете на все человечество есть 2-105 чел. бэр, что составляет 0.02% от среднего уровня естественного фона. Это превосходит тепловое техногенное воздействие от тепловых станций примерно на порядок, поскольку тепловое воздействие городов значительно выше воздействия собственно тепловых станций. При выработке на АЭС 1ГВт эл. в окружающую среду из рудника поступает 20ТБк Rn222, с перерабатывающего завода 900ГБк, из хвостохранилища - 1ТБк. Кроме того, на этих стадиях выделяется 1,6ГБк изотопов U, Th, Ra, Pb, Po. В воздух выбрасывается 105ТБк радиоактивных инертных газов, 3-103ТБк продуктов активации, 550ТБк
трития, 740ГБк C, 460ГБк I1
56ГБк продуктов деления U23
виде радиоактивных аэрозолей,
основными из которых являются изотопы Xe133, Xe135 (96%). Кроме того, имеются жидкие радиоактивные отходы с суммарной активностью 5,7ТБк. Эти дополнительные источники приводят к суммарной коллективной эквивалентной дозе на все население мира около 570чел.бэр/ГВт эл., что составляет менее 5-10-3% от радиоактивного фона. В то же время вблизи АЭС фон значительно выше. По существующим нормам ПДК, дополнительная доза не должна превышать фонового излучения, равного 10-20 мкР/ч (1бэр = 0.01Р). Измерения показывают, что активность природных изотопов вблизи Курской АЭС становится равной фоновой на расстоянии 10 - 20 км от нее, т. е. зона радиоактивного влияния АЭС (по нормам ПДК) сопоставима с зоной ее теплового влияния. Характерно, что по среднему радиоактивному загрязнению местности (в расчете на 1GWe) ТЭС превосходят АЭС на порядок, тогда как локально вклад АЭС существенно выше, поскольку мелкие зольные фракции в выбросах ТЭС, содержащие основную долю радиоактивных элементов, не осаждаются вблизи нее, а переносятся воздушными потоками на тысячи километров.
На основе приведенных данных рассмотрим задачу оптимизации единичной мощности энергоустановки на примере угольной ТЭС. Обозначим через D(W) затраты в деньгах на обеспечение работы и устранение побочных эффектов от производства энергии W. В эти затраты входят: стоимость строительства, эксплуатационные расходы, отчуждение территорий (зона допустимого теплового влияния станции и хранение отходов), потери при доставке энергии потребителю, степень загрязнения окружающей среды (вредность производства, выраженная в некоторых условных единицах). Задача оптимизации удельных затрат по экологическому критерию
V(W) = DW) -- min, W
W > 0
(4.1)
состоит в нахождении компромисса между увеличением площади теплового влияния станции и уменьшением удельных выбросов с ростом единичной мощности. С увеличением мощности ТЭС увеличивается и потеря энергии при доставке ее потребителю (пропорционально длине проводов или теплотрассы) и локальное тепловое воздействие на окружающую среду. Потребуем, чтобы локальная плотность рассеиваемого тепла не превышала 1% от внешнего фона, который определяется плотностью теплового потока из атмосферы к поверхности [28]:
и
в
qo = 5.67(0.89 - 0.2 • 10-007Р[W / m 2].(4.2)
Здесь P - парциальное давление паров воды при относительной влажности 71%, T - температура нижних слоев атмосферы. В среднем q0 = 328W / m2.
Пусть S0 - площадь, занимаемая станцией. Поскольку интенсивность излучения спадает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника, то для отыскания среднего радиуса R теплового воздействия в условиях равномерного рассеяния получим уравнение
(1 -n)WЬ dr ,2 = 0.01q0 ,(4.3)
(1 - n)W
где W - мощность ТЭС, rj - кпд агрегата. Обозначим---= a . Эта величина представляет
0.02q0 S0
характерный параметр теплового воздействия ТЭС (а также и других энергетических установок). Тогда из (4.3) получаем уравнение относительно R:
2
2u u , ч u n nR,ч
- =-+ arctg(u) и-+ -, u =-,(4.4)
a 1 + u21 + u2 2S0
поскольку u >> 1. В этом приближении получаем
u и-Па1 + V1 + 8/n2aJ .(4.5)
В частности, для станции с W = 4GW, S0 = 2км2 и j = 0.4 получаем a и 200, u и 150, откуда R =
10км. С ростом W удельная площадь зоны влияния u/W стремится к константе, если площадь, занимаемая единичным энергоблоком, не меняется.
Пусть Xfr (W) концентрация вредных элементов k-го типа в выбросах ТЭС. Для удобства можно рассмотреть обобщенную зольную фракцию с некоторой усредненной вредностью отходов Vfc. Будем учитывать выброс собственно золы, окислов азота, диоксида серы, тяжелых металлов, токсичных веществ типа бензапирена, радиоактивные отходы и тепловое влияние. Обозначив через Cfc соответствующие ПДК, приходим к оптимизационной задаче относительно суммарной вредности воздействия ТЭЦ:
V(W) = 2 4(W) - -> min,xk < ck,W > 0 .(4.6)
k ck W
Согласно данным, приведенным в этом пункте, пылевой вклад в функцию (4.6) приближенно составляет
= 0.874 X1[mg/m3] .(4.7)
1W
Вредность от теплового воздействия состоит в изменении микроклимата на отторгаемой территории, площадь которой, согласно (4.5), прямо пропорциональна мощности ТЭС. Поэтому удельная тепловая вредность V2 постоянна и может быть опущена из (4.6). С другой стороны, если зона влияния не должна превышать некоторой установленной величины Smax, то формула (4.5) дает максимально допустимую мощность станции.
Зависимость радиоактивных выбросов от мощности определяется двумя конкурирующими факторами: насколько улучшается степень очистки в результате применения более совершенных фильтров (на станциях большей мощности), и насколько повышается удельное содержание радионуклидов в выбросах, фракции золы в которых уменьшаются в результате повышения качества фильтрации. Поскольку по золе вредность составляет величину 8.74, а ПДК - 10%, то по радиоактивным выбросам, ПДК которых относительно фона составляет 1, вредность можно принять в 10 раз меньшую, т. е. приблизительно 0.9. Поскольку же количество золы пропорционально мощности станции, то для соответствующей части функции V(W) получаем
V3 = 0.9X1(W) ,(4.8)
где (W) - зависимость удельной концентрации р/а нуклидов в золе от мощности ТЭС. Из проведенного анализа следует, что отношение X1 слабо возрастает с ростом W, и может быть оценено качественной
зависимостью W3,ди 0.1 -г-0.3. Тогда минимум функции V (для угольных ТЭС) в (4.6) достигается примерно на значениях мощности порядка 4-7GW. Разумеется, эти оценки будут меняться с изменением технологии сжигания топлива и улучшением систем очистки.
Список некоторых используемых сокращений т.у.т. - тонна условного топлива тнэ - тонна нефтяного эквивалента мкм - микрометр, 10-6м Гкал - гигакалория J - Джоуль W - Ватт У - год h - час
kW-h - киловатт-час, 103W-h
TW-y - тераватт-год, 1012W-y
MJ - мегаджоуль, 106J
GJ - гигаджоуль, 109J
EJ - эксаджоуль, 1018J
Sv - Зиверт
j,Sv - миллизиверт
Ки - Кюри
Бк - Беккерель
ВВП - валовой внутренний продукт
ВНП - валовой национальный продукт
ВЭУ - ветровые энергетические установки
НВИЭ - нетрадиционные возобновляемые источники энергии
IIASA - International Institute for Applied System Analysis
ЖРО - жидкие радиоактивные отходы
ИРГ - инертные радиоактивные газы
КИУМ - коэффициент использования установленной мощности NEA - Nuclear Energy Agency
OECD - Organization for Economic Cooperation and Development ПАУ - полициклические ароматические углеводороды ПДК - предельно допустимая концентрация ТРО - твердые радиоактивные отходы ТЭК - топливно-энергетический комплекс ТЭР - топливно-энергетические ресурсы ЦДЭЧ - Центр демографии и экологии человека ЦЭК - Центр экономической конъюнктуры
ЛИТЕРАТУРА
1.Капица С. П. Общая теория роста человечества. М.: Наука, 1999.
2.Holdren J. Population and the energy problem Population and Environment: J. Interdiscipl. Stud. 1991. V.12. №3.
3.РАО "ГАЗПРОМ". Аналитический обзор. Фарко Секьюритиз, 1998.
4.World Energy Horizons 2000 - 2020. WEC, 1989.
5.Global Energy Perspectives. IIASA Summary Report, 1999.
6.Галахов М.А., Орлов Ю.Н., Суслин В.М. Математические модели жизнеустройства. Демография.
Препринт ИПМ РАН, №69, 2000.
7.Орлов Ю.Н., Суслин В.М. Кинетический подход к описанию нелинейных демографических процессов.
Препринт ИПМ РАН, №47, 2001.
8.Российский статистический ежегодник. М., Госкомстат, 1999.
9.Демографический ежегодник России. М., Госкомстат, 1999.
10.Бюллетень Министерства труда и социального развития РФ, 1998, 2, с.61.
11.Бюро переписей населения Министерства торговли США. Аналитический обзор. 1999.
12.American Bureau of Census. Analytical Review. 1999.
13.Энергетическая стратегия России (основные положения). Энергетическое строительство. 1995. № 1. С.
2 - 20.
14.Макаров А.А. Крайние стратегии долгосрочного развития энергетики. Экономика и математические
методы. №1. 1987.
15.Энергетическая безопасность России. / Бушуев В.В., Воропай Н.И. и др. Новосибирск, Наука, Сиб Изд.
Фирма РАН, 1998.
16.Безопасность России. МГФ «Знание», 2000.
17.Красноярский Г.А. Новое время угольной энергетики. М., ЦНИЭИуголь, 2000. 18. Макаров А.А. Энергетическая стратегия и атомная энергетика России. Энергия. 1996. №8. С. 2.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5]